CAPACIDAD DE INTERCAMBIO

CAPACIDAD DEINTERCAMBIO

COLOIDES

CARGAS NEGATIVAS

CARGAS POSITIVAS

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICA

INORGANICOS ORGANICOS

-ARCILLAS -OXIDOS DE Fe Y Al -ALOFANO

HUMUS

INTERCAMBIO IÓNICOEl intercambio iónico es un proceso reversible, estequiométrico y rápido mediante el cual la fase sólida retira y retiene algunos iones de la solución del suelo, al tiempo que le entrega cantidades equivalentes de otros, para establecer un nuevo equilibrio entre las 2 fases.

Se da por atracción electrostática entre la superficie cargada de un coloide y un ión con carga contraria y se

llama adsorción

Se expresa en cmol (+) kg-1 de suelo o en meq (100g de suelo) -1

Daniel F. Jaramillo J. Profesor Titular. Universidad Nacional de Colombia. Medellín.

1 EQUIVALENTE QUIMICO DE UN ELEMENTO X = EQUIVALENTE QUIMICO DE UN ELEMENTO Y

1 me X /100g = 1 me Y/100g

CARACTERÍSTICAS DEL INTERCAMBIO CATIÓNICO

GENERALMENTE EQUIVALENCIA QUÍMICA

PROCESO REVERSIBLE

LÍMITE GENERAL. NETO

EQUILIBRIO RÁPIDO Y DINÁMICO - INTERCAMBIO CONTINUO

REGULADO POR LA LEY DE ACCIÓN DE MASAS

CARACTERÍSTICAS

CANTIDAD Y TIPO DE ARCILLA Y DE MO ACTIVA DEL SUELO

SUPERFICIE ESPECÍFICA QUE PRESENTEN LOS COLOIDES DENSIDAD DE

CARGA DE LOS COLOIDES

PROPIEDADES DEL CAMBIADOR

(COLOIDE):

FACTORES QUE CONTROLAN EL INTERCAMBIO IÓNICO

Estructura de las unidades básicas de arcillas: (a) octahédrica, (b) capa octahédrica, (c) tetrahédrica y (d) capa tetrahédrica.

ARCILLAS:MINERALES SILICATADOS SECUNDARIOS (FILOSILICATOS), DE ESTRUCTURA CRISTALINA ( ORDENAMIENTO INTERNO DE SUS ATOMOS)

ORIGEN DE LAS CARGAS EN MINERALES ARCILLOSOS:

- Ionización- Sustituciones isomórficas en la red- Ruptura de enlaces en la estructura

ORIGEN DE LAS CARGAS EN ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS:

- Al-OH + OH- Al-O- + H+

⇒carga dependiente del pH o de tipo variable⇒ Sustitución Isomórfica

-INESTABILIDAD -POTENCIAL NUTRICIONAL

SUSTITUCION ISOMORFICA

NATURALEXPONTANEAIRREVERSIBLE

TETRAEDROS DE Si=0.042nm

TETRAEDROS DE Al=0.051 nm

SUST.ISOMORF

3+Al

SUSTITUCION ISOMORFICA

TRIOCTAEDRICA

DIOCTAEDRICA

ORIGEN DE LAS CARGAS EN COLOIDES ORGÁNICOS:

•Son de estructura variable, compleja, poco definida• Inestables• El tamaño de micelas es pequeño

- grupos carboxilo --COOH- grupos fenólicos --OH- grupos enólicos --OH

EL GRUPO CARBOXILICO PARTICIPA EN EL ORDEN DEL 90%

EFECTO DE LA REACCION DEL SUELO EN LA CIC-WISCONSIN-

REACCION DEL SUELO

mmol (+) /kg VALORES MEDIOS DE 60 SUELO

MO SILICATOS LAMINARES

SUELO GLOBAL

%CIC DE LA MOS

2.5 360 380 58 1

3.5 730 460 75 28

5.0 1270 540 97 37

6.0 1310 560 108 36

7.0 1630 600 123 40

8.0 2130 640 148 45

HELLING, G., CHESTERS y R.B. COREY. Soil Sci.Soc. Amer. Proc. 28:517 ,1964

ARCILLAS

FILOSILICATOS

MONTMORILLONITAMONTMORILLONITA1. Suelos muy pesados,dificulta mecanización, depende del

contenido de agua

2. Ruptura de raíces al agrietarse

3. Condiciones de reducción en estación lluviosa

4. Suelos son inestables para obras de ingeniería

5. Cercas, muros y paredes se inclinan, pisos se levantan

6. Superficie específica interna y externa muy grande

-15 a 20 veces mayor que 1:1 -alta susceptibilidad absorber agua y nutrientes -alta CIC: 80-120 cmol(+)/L

GILBERTO CALBACETA

7.Alta retención de bases y fertilizantes

-alta capacidad de reserva

8.Retienen diferentes compuestos o iones: M.O., plaguicidas (herbicidas)

� -inactivación inicial alta

� -persistencia y efecto residual también

9.Carga superficial permanente (Mg/Al en octaedros)

-llega indirecta, difusa, menos “fuerte”

-20% carga por bordes rotos

GILBERTO CALBACETA

1. Se hidrata por dos capas de agua: -no es tan pegajosa ni plástica -no presenta problemas de manejo (es expandible)

2. Superficie específica externa e interna similar a mont.

3. Carga en los tetraedros: Al/Si -carga es más directa, más “fuerte”, más densa -más potencialidad nutricional -más CIC: 100 – 150 cmol(+)/L -mayor retención de herbicidas, M.O. y forman complejos -poca cantidad en suelo repercute en fertilidad -fija K y NH4

-si fija mucho K, se convierte en ilita

VERMICULITA VERMICULITA Arcilla 2:1

GILBERTO CALBACETA

1. Arcilla 2:1

2. fija K entre sus capas -se restringe capacidad de expansión -aumenta el tamaño de las partículas -desaparecen superficies internas entre láminas -CIC: 20 – 50 cmol(+)/L -reduce potencial nutricional

3. Carga por sustitución isomórfica, permanente

4. Poco común como material principal

5. Vertisoles, Alfisoles, Inceptisoles, Entisoles

ILITAILITA

GILBERTO CALBACETA

Hexagono = 2.8 A

K = 2.66 A

1. Estados intermedios de cualquier arcilla

-mezclas de 2, 3, 4 y más arcillas

-micas revueltas con montmorillonitas,

vermiculitas, cloritas o alofanas

2.Mucha sustitución isomórfica, pero depende del

material

3.Menos comunes en los trópicos

INTEGRADOS O CAPAS INTERESTRATIFICADASINTEGRADOS O CAPAS INTERESTRATIFICADAS

GILBERTO CALBACETA

SUPERFICIE ESPECÍFICA

Caolinita de elevada cristalinidad hasta 15 m2/g Caolinita de baja cristalinidad hasta 50 m2/g Halloisita hasta 60 m2/g Illita hasta 50 m2/g Montmorillonita 80-300 m2/g Sepiolita 100-240 m2/g Paligorskita 100-200 m2/g

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO

Caolinita: 3-5 Halloisita: 10-40

Illita: 10-50 Clorita: 10-50

Vermiculita: 100-200 Montmorillonita: 80-200

Sepiolita-paligorskita: 20-35

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN HIDRATACIÓN E

HINCHAMIENTO

PLASTICIDAD TIXOTROPÍA

CARACTERISTICAS GENERALES

DE LAS ARCILLAS

METORIZACION QUIMICA

El CO2 disuelto en el agua de lluvia o de los ríos puede desencadenar una serie de procesos hidrolíticos:

CO2+H2O ® H2CO3+FELDESPATOS = ARCILLAS: Al2Si2O5(OH)4

TRES EJEMPLOS CONDUCENTES A LA FORMACIÓN DE ARCILLAS:

1) Hidrólisis de anortita (plagioclasa cálcica):CaAl2Si2O8+2H2CO3+H2O ® Ca2++2 HCO3

-+Al2Si2O5(OH)4

2) Hidrólisis de la albita (plagioclasa sódica):2NaAlSi3O8+2H2CO3+9H2O ® 2Na++2HCO3

-+Al2Si2O5(OH)4 +4H2SiO4

3) Hidrólisis de la ortoclasa (feldespato potásico):2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O ® 2K++2HCO3

-+Al2Si2O5(OH)4 +4H2SiO4

Características de cargas de coloides representativos.

TIPO DE COLOIDE CARGA NEGATIVA CARGA POSITIVA

cmol / kgPremanente

cmol/kgConstante

%Variable %

ORGANICO 200 10 90 0

SMECTITA 100 95 5 0

VERMICULITA 150 95 5 0

MICA FINA 30 80 20 0

CLORITA 30 80 20 0

CAOLINITA 8 5 95 2

HALLOYSITA* 18 33 67 15

GIBBSITA 4 0 100 5

GOETITA 4 0 100 5

ALOFANA* 51 20 80 17

TURBA* 136 28 72 6

FUENTE: BRADY 1990 * CITADO EN SANCHEZ PEDRO 1976

CARGA PERMANENTE

FRACCION ORGANICA

FRACCION INORGANICA

CARGA EN FUNCION DEL pH o VARIABLE

CIC

me/100g

pH4.0 7.0

5.5 6.0 6.5 7.0

CIC pH suelo

BT

Ac.no Interc.

CIC pH 7.

Ca

MgK

Na

HHHHHH

Cargasdep.pH

Cargasdep.pH

Cargasperm.

Cargasno

operat.pH delsuelo

Cargasoperat.pH delsuelo

SUELOS CON ALUMINIO

Al Ac. Intercambiable

pH + 7.0, CIC= 10

AcNH4+ BUFERADA o TAMPONADA A pH 7.0

pH 4.0, CIC = 8

K Ca Al Al

Al Mg Al Al

NH4+ NH4

+ NH4+NH4

+

NH4+NH4

+

NH4+NH4

+ NH4+ NH4

+

FILTRADO:5 Al, 1 Ca, 1 Mg, 1 K

CARACTERISTICA ANFOTERICA

DOBLE CAPA DIFUSANo existe una sola capa de cationes que se encuentra neutralizando las cargas negativas de los coloides

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

C

O

L

O

I

D

E

Ca

+ +

Ca

+ +

Ca

+ +

Mg

K

Mg

Mg

K

Na

K

SOLUCION

SUELO

Menor fuerza

DOBLE CAPA DIFUSA

pH

cmol de OH agregados

humus

smectita

“illita”

caolinita

CAPACIDAD TAMPÓN

Solución y oxidación de pirita y otros sulfuros pH : 2-4

Compuestos alumínicos pH : 4-5.5

Complejo de cambio pH : 5.5-6.8

Materia orgánica y minerales pH : 6.8-7.2

Carbonatos de Ca y Mg pH : 7.2-8.5

Sodio de cambio y carbonato sódico sólido pH : 8.5-10.5

CATIONES DE INTERCAMBIO: son los cationes asociados al suelo que pueden intercambiarse con los de la solución sin que se descompongan los sólidos del suelo

a) BASES DE INTERCAMBIO: le confieren al suelo un carácter básico : Ca++, Mg++, K+ y Na+

b) ALUMINIO (AL+++ ) O ACIDEZ INTERCAMBIABLE:

el Al hexahidratado, le confiere al suelo acidez, pudiendo ceder protones por disociación de sus moléculas de agua

TERMINOLOGÍAS

A pH IGUAL A 7.0 V es = 100%

SATURACION DE BASES DE CAMBIO ( V)

TASA DE SATURACION DESCRIPCION

< 40 % DESATURADO

40 – 50 % LIGERAMENTE

SATURADO

50 – 80 % MODERADAMENTE

SATURADO

> 80 % SATURADO

SATURACION DE BASES EN EL COMPLEJO DE CAMBIO

ADSORCIÓN ESPECÍFICA CATIÓNICA

• Los sesquióxidos de Fe, Al y Mn son los principales responsables

• Metales alcalinos y metales pesados Zn, Co y Cd

• Acumulación de Mn, Cu, Co, Ni, Zn, Pb,Cr, V

• Controla disponibilidad y toxicidad de iones metálicos para la planta

Jaramillo J. Profesor Titular. Universidad Nacional de Colombia. Medellín

RETENCION DE CATIONES•CARACTERISTICAS DE INTERCAMBIADOR

MATERIA ORGANICA :Na < K < NH4+ <Mg< Ca < Ba < Mn

CAOLINITA : Na < H < K < Mg < Ca

MONTMORILLONITA :Na < K < H < Mg < Ca

MICA : Na < Mg < Ca < K < H

Ac. HUMICO : Na < K < Mg < Ca < H

REDUCCION EN LA RELATIVA FACILIDAD DE DESPLAZAMIENTO

•CARACTERISTICAS DEL ELEMENTO

-VALENCIA : CATIONES DE MAYOR VALENCIA SON MAS FUERTEMENTE RETENIDOS.

-DIAMETRO EFECTIVO E HIDRATACION: LOS CATIONES DE MENOR DIAMETRO SON MAS HIDRATADOS POR LO QUE SON MENOS FUERTEMENTE RETENIDOS

H+>Al+++>Ca++>Mg++>K+>NH4+>Na+>Li+

MATERIA ORGANICA DEL SUELO

SOLUCION AGREGADA

% DE Ca REEMPLAZADO POR:

L MOL /L Ba2+ NH4+

0.025 0.04 49.7 29.8

0.100 0.01 50.2 20.8

0.200 0.005 50.8 16.6

0.400 0.0025 52.7 15.2

Schachtschabel P. 1940

Jenny y Reitemeier 1935

RELACION DE CARGA Y TAMAÑO DEL ION A RETENCION DEL ION

ION RADIO CRISTALOGRAFICO

DESHIDRATADO

% DE C+ LIBERADO POR

NH4+O K+

Na 0.097 67

K 0.133 49

NH4+ 0.143 50

Mg 0.066 31

Ca 0.099 29

Ba 0.134 27

Al 0.051 15

Capacidad que posee un suelo de adsorber aniones intercambiables y es equivalente a la carga positiva del mismo

• Es importante en suelos con altos contenidos de sesquióxidos de Fe y Al y en suelos tropicales fuertemente intemperizados, sobre todo a pH bajo

• Afecta algunos nutrientes para la planta como NO3- y SO4

2- y facilita la contaminación de suelos con algunos pesticidas, como el 2,4,5-T y el 2,4-D, así como algunos metales pesados como el Cr y el As

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICO (CIA)

•Determina la retención de fosfatos,sulfatos y silicatos• Determina la fijación de fosfatos

RETENCION DE ANIONES

•RUPTURA DE ENLACES Si-O

Al – OH

OH

•CARACTER ANFOTERICO DE LOS COLOIDES:

VARIA DE ACUERDO CON EL COMPUESTO, PUES CADA UNO DE ELLOS PRESENTA UN DETERMINADO pH PARA MANIFESTAR SU CARÁCTER ANFOTERICO

DOBLE CAPA DIFUSA

LOS ANIONES SON ADSORBIDOS COMO EFECTO RESIDUAL DE LA DESORCION DE CATIONES

OXISOL INCEPTISOL

cmol(+)/kg cmol(+)/kg

pH Cl- SO42- PO4

3- pH Cl- SO42-

6.7 0.3 2.0 41.2 6.8 0 22.0

5.8 2.4 7.1 50.8 5.6 0 36.5

4.0 6.0 ----- 88.2 4.0 0.05 47.4

H2PO4->HPO4

2->SeO42-=HMoO4

-=F->SO42->Cl->NO3

-

LA TABLA QUE SE MUESTRA A CONTINUACIÓN RESUME LAS

RELACIONES.

pH o REACCION DEL SUELO

pH DEL SUELO Y DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES

� Valor óptimo de pH: 5 – 6� Máxima disponibilidad de nutrientes

� Valores altos de pH:� Disponibilidad reducida de nutrientes

� Valores bajos de pH:� Disponibilidad reducida de nutrientes

� Niveles tóxicos de Al, Mn

SALES SOLUBLES ACIDAS,BASICAS O NEUTRAS QUE APARECEN POR: -METEORIZACION DE MINERALES -MINERALIZACION DE LA MO -AGUA DE RIEGO -ADICION DE FERTILIZANTES -ESTADO OXIDO REDUCTIVO

OXIDOS DE Fe, Al, QUE EN MEDIO ACIDO PUEDEN MODIFICAR EN FORMA SIGNIFICA EL pH

EL HUMUS QUE TIENE GRUPOS FUNCIONALES DEL TIPO: CARBOXILIXCOS, FENOLICOS, ENOLICOS, etc

PRODUCCIÓN DE CO2

QUE PASA A H2CO3GENERANDO

HIDROGENIONES

PRESENCIA DE ACIDOS ORGANICOS DE BAJO PESO MOLECULAR, ACETICO, CÍTRICO, etc

PRESENCIA DE ACIDOS FUERTES COMO EL SULFURICO, NITRICO, POR ACTIVIDAD MICROBIAL

FACTORES QUE AFECTAN EL pH

pH DEL SUELO - ALUMINIO

CLIMA

MATERIALGENERADOR

PRODUCCION DE CO2

ACTIVIDAD DE MICROORGANISMOS-

ACTIVIDAD: RAICES DE PLANTAS

PRODUCCION DE H+

RAICES INTERCAMBIO

HUMIFICACION

Ac HUMICOS Ac FULVICOS

CAUSAS DE LA ACIDEZ

FERTILIZANTES

HIDRÓLISIS DEL ALUMINIO

Ocurre con el aumento del pH

Al(H2O)6+++ + H2O → Al(H2O)5OH++ + H3O

+

Al(H2O)5OH++ + H2O → Al(H2O)4(OH)2+ + H3O

+

Al(H2O)4(OH)2+ + H2O → Al(H2O)3(OH)3 + H3O

+

precipitado

.

Daniel Velázquez

Daniel Velázquez

OXIDACION

REDUCCION

pH DE DISTINTOS ABONOS A DETERMINADAS CONCENTRACIONES EN AGUA DESTILADA

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 3,0

gr/l

pH

SULFATO POTASICO

NITRATO CAL NORUEGA

F. MONO POTASICO

F. MONO AMONICO

N. AMONICO 33,5

NITRATO POTASICO

SUELO EL ALTO. Moderadamente profundo, pardo amarillento c laro, textura gruesa sobre media, estratogravoso a 60-80cm de profundidad, reacción ligeramente a moderadamente alcalina, drenaje moderado.

SUELO VENTARRONES. Profundo, textura gruesa, pardoamarillento claro sobre gris claro, reacción ligeramente a fuertemente alcalina, textura gruesa, PSI mayor de 15%, drenaje excesivo.

VALLE COSTERO

LOMAS DE LACHAY

Guadalupe et al. 2002

Huascarán

Características nutricionales de algunos suelos ácidos de Pucallpa

CE dS/m

Análisis mecánico (%)

pH 1:1

MO %

Disponibles Saturación (%)

Arena Limo

Arcilla P ppm

K20 kg/ha

Bases Acidez (Al)

0.05 24 36 40 4.7 2.77 2.4 98 34.7 65.3

0.07 52 36 12 4.6 3.07 5.0 154 62.3 37.7

0.22 52 40 8 4.7 3.07 9.3 211 91.5 8.5

0.08 38 32 30 4.4 2.33 3.3 193 23.2 76.8

0.27 40 32 28 3.9 3.07 4.2 372 29.2 70.8

0.04 34 30 36 4.5 2.18 2.4 180 37.9 62.1

0.28 88 12 0 4.1 23.50 11.0 1030 90.8 9.2

En base a datos del Laboratorio de suelos -UNALM

AGUAYTIA

Áreas degradadas: 36,000 Has Aprox.

MOYOBAMBA

Áreas degradadas: 15,000 Has Aprox.

TOCACHE

Áreas degradadas: 18,000 Has Aprox.

TRES UNIDOS

Áreas degradadas: 1,000 Has Aprox.