química dos solos parte imica-dos-solos-parte1_1s2015.pdf1) imagens dos tipos de rochas que podem...
TRANSCRIPT
Aula 08
Química dos SolosQuímica dos Solos- parte I
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Instituto de Ciências ExatasDepartamento de Química
Química Ambiental
- parte I
Solos e sedimentos-- Definição e composição químicaDefinição e composição química-- Uso como indicador de poluiçãoUso como indicador de poluição-- Propriedades físicoPropriedades físico--químicas e a fertilidade do soloquímicas e a fertilidade do solo
Prof. Rafael Arromba de SousaJuiz de Fora, 1S 2015
1
A A LitosferaLitosfera e o Soloe o Solo
OO solosolo éé umum dosdos componentescomponentes dadaLITOSFERALITOSFERA,, aa qualqual constituiconstitui umum dosdos trêstrêsambientesambientes físicosfísicos dodo planeta,planeta, tambémtambémchamadochamado dede crostacrosta terrestreterrestre ��
2
SoloSolo e RochasRochas (ígneas, sedimentares ou metamórficas)
DefiniçãoDefinição parapara oo SOLOSOLO::Resultado das interações da litosfera, hidrosfera e atmosfera
OrigemOrigem:Data de milhares de anos � intemperismo causado pelas chuvas
ácidas e variações de temperatura sobre as rochas superficiais (erupçõesvulcânicas)
1) Fotos dos tipos de rochas que podem ser encontrados na litosfera
1.1) Exemplos de rochas ígneas (magmáticas)
A A ListosferaListosfera e o Solo e o Solo -- As rochas
�� Formadas pela Formadas pela solidificação do magmasolidificação do magma
Imagem da rocha magmática Imagem da rocha magmática BASALTOBASALTO
Imagem da rocha magmática Imagem da rocha magmática GRANITOGRANITO
1) Fotos dos tipos de rochas que podem ser encontrados na litosfera
1.2) Rochas sedimentares
A A ListosferaListosfera e o Solo e o Solo -- As rochas
���� Formadas pela sedimentação de diferentes materiais ao longo dos anos
Imagem de rocha Imagem de rocha SEDIMENTAR SEDIMENTAR VISITAR “PARQUE DO VARVITO”...VISITAR “PARQUE DO VARVITO”...
1) Imagens dos tipos de rochas que podem ser encontrados na litosfera
1.3) Ex de rochas metamórficas
A A ListosferaListosfera e o Solo e o Solo -- As rochas
���� Formadas a partir de rochas magmáticas e sedimentares
Imagem de uma rocha de Imagem de uma rocha de XISTOXISTO, rocha , rocha metamórficametamórfica
Esta rocha, ao contrário das anteriores (que podem ter usos gerais, como naconstrução civil), algunsalguns tipostipos dede xistoxisto sãosão usadosusados parapara produzirproduzir energiaenergia
Composição Química do SoloComposição Química do Solo
Ponto de vista MACROSCÓPICOPonto de vista MACROSCÓPICO
Solo é composto por Solo é composto por 3 fases 3 fases cujas cujas proporções podem variarproporções podem variar::
-- SólidaSólida ((mineraisminerais e e matéria orgânicamatéria orgânica))
-- LíquidaLíquida (água) (água) �� constitui a chamada “solução do solo” (água + substâncias dissolvidas)constitui a chamada “solução do solo” (água + substâncias dissolvidas)
-- GasosaGasosa (gases como O(gases como O22 e Ne N22))
6
-- GasosaGasosa (gases como O(gases como O22 e Ne N22))
SOLO PARA PLANTIO SOLO PARA PLANTIO �� 50%50% (sólida) : (sólida) : 25%25% (líquida) : (líquida) : 25%25% (gases)(gases)
1)1) Porção mineral (fase sólida) Porção mineral (fase sólida) �� ARGILAARGILA
-- Mineral originado de silicatos (substituição de íons): categoria de Mineral originado de silicatos (substituição de íons): categoria de aluminosilicatosaluminosilicatos-- Partículas com diâmetros < 0,002 mmPartículas com diâmetros < 0,002 mm-- Constituem uma reserva de nutrientes minerais para as plantas Constituem uma reserva de nutrientes minerais para as plantas
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase sólida
Para lembrar...Para lembrar...
SilicatosSilicatos são partículas formadas por estruturas poliméricas como são partículas formadas por estruturas poliméricas como SiOSiO4444--
��Podem estar organizados de diversas formasPodem estar organizados de diversas formas(ver página 553 em Baird C, Química Ambiental, 2ª Ed)
7
Difícil solubilização (“Difícil solubilização (“problemaproblema” para a ” para a análise químicaanálise química): (SiO): (SiO22))nn
�� Abertura TOTAL Abertura TOTAL de amostra: de amostra:
SiOSiO22 (s)(s) + O+ O22-- �� SiOSiO3322--
(fusão(fusão alcalina)alcalina)
∆
É a transformação química de uma amostra sólida em uma outra formaÉ a transformação química de uma amostra sólida em uma outra formasólida, a qual é facilmente sólida, a qual é facilmente solúvel emsolúvel em água água ouou ácidos diluídosácidos diluídos
Quando for necessário realizar uma “Quando for necessário realizar uma “determinação totaldeterminação total” ” dos dos constituintes inorgânicosconstituintes inorgânicos de uma amostra de solo:de uma amostra de solo:
�� Procedimentos de Procedimentos de aberturaabertura de amostra (via seca)de amostra (via seca)
�� Procedimento de Procedimento de digestão (digestão (via úmida)via úmida)
SiOSiO22 + 6 + 6 HFHF → H→ H22SiFSiF66 + 2 H+ 2 H22OO
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase sólida
8
SiOSiO22 + 6 + 6 HFHF → H→ H22SiFSiF66 + 2 H+ 2 H22OO
Uso deUso deHFHF
Utilizar EPIsUtilizar EPIsapropriadosapropriados
Não utilizar Não utilizar materiais de materiais de
vidrovidro
Neutralizar oNeutralizar oexcesso de ácidoexcesso de ácido
2)2) Porção orgânica Porção orgânica �������� HÚMUSHÚMUS
Material orgânico Material orgânico que dá ao solo sua cor escura (“castanhoque dá ao solo sua cor escura (“castanho--amarronzada”)amarronzada”)
Constituído por Constituído por vegetaisvegetais e e animaisanimais parcialmente decompostosparcialmente decompostos
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase sólida
A Matéria OrgânicaA Matéria Orgânica
9
Imagem de uma porção de Imagem de uma porção de húmus, retirada do solohúmus, retirada do solo
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase sólida
-- TornaTorna--sese enriquecidoenriquecido comcom nitrogênionitrogênio emem relaçãorelação aoao materialmaterial originaloriginal
(perda de CO2) � aplicações como adubo orgânico
-- ApresentaApresenta váriasvárias substâncias,substâncias, comocomo proteínasproteínas,, ligninalignina ee compostoscompostos ácidosácidos
((-COOH)) � ác. húmico e fúlvico
� Importantes para “estabilizar” espécies metálicas, solúveis em meio alcalino
O HúmusO Húmus
10
FORMAÇÃOFORMAÇÃO NATURALNATURALEspontaneamenteEspontaneamente porpor bactériasbactérias ee fungosfungos dodo solosolo
((organismosorganismos decompositoresdecompositores))
ProcessoProcesso
-- DependeDepende tambémtambém dede outrosoutros fatoresfatores:: umidadeumidade eetemperaturatemperatura
-- PodePode serser induzidoinduzido pelopelo homemhomem ......
� Importantes para “estabilizar” espécies metálicas, solúveis em meio alcalino
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase Gasosa
3)3) Apresenta os mesmos constituintes do ar mas com algumas diferenças nas Apresenta os mesmos constituintes do ar mas com algumas diferenças nas
suas proporçõessuas proporções
11
�������� SolosSolos BEMBEM AREJADOSAREJADOS garantemgarantem umum bombom desenvolvimentodesenvolvimento radicularradicular
-- SolosSolos cinzentoscinzentos indicamindicam baixabaixa aeraçãoaeração
-- amônioamônio (NH(NH44++))
�������� OO NN22 éé oo MAISMAIS IMPORTANTEIMPORTANTE -- uréiauréia-- nitratonitrato (NO(NO33
--))
??????
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase Gasosa
Presença das Presença das formas acessíveis formas acessíveis de nitrogêniode nitrogênio
Fertilidade do soloFertilidade do solo
�� Transformação do nitrogênio orgânico / inorgânico em formas acessíveis: Transformação do nitrogênio orgânico / inorgânico em formas acessíveis: Fixação de nitrogênioFixação de nitrogênio
-- Natural Natural
12
-- Natural Natural -- Uma das etapas envolve ação bacterianaUma das etapas envolve ação bacteriana-- Pode ser favorecido com o uso de certosPode ser favorecido com o uso de certos
cultivares cultivares
�� Reações:Reações:
Bactérias Rhizobium
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase Gasosa
Além disso...Além disso...
A atmosfera recebe continuamente NA atmosfera recebe continuamente N22 tanto da hidrosfera tanto da hidrosfera
quanto da litosfera, proveniente da decomposição da matéria quanto da litosfera, proveniente da decomposição da matéria orgânicaorgânica
�� OO NN22 fixadofixado podepode retornarretornar àà atmosferaatmosfera:: desnitrificaçãodesnitrificação
13
ReaçãoReação::
O uso de fertilizantes aumenta o aporte de O uso de fertilizantes aumenta o aporte de espécies nitrogenadasespécies nitrogenadas dos solos para dos solos para a atmosfera e hidrosfera: a atmosfera e hidrosfera: manejo de solo manejo de solo xx preservação ambientalpreservação ambiental
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fixação de substâncias
OutrasOutras substânciassubstâncias podempodem serser fixadasfixadas nono solosolo ee tambémtambém emem sedimentosedimentos,s,dependendodependendo dasdas suassuas característicascaracterísticas
SEDIMENTOS:AgregadosAgregados dede partículaspartículas mineraisminerais ee dedepartículaspartículas orgânicas,orgânicas, queque sese encontramencontram ememcontatocontato comcom aa parteparte inferiorinferior dede corposcorpos dede águaágua
14
Fixação de Fixação de metais “pesados” metais “pesados”
em em solossolos e em e em sedimentossedimentos
Camada superficial do solo
TeoricamenteTeoricamenteacessível a acessível a raízesraízes
Frações com as quais entram em contato
TeoricamenteTeoricamente acessível a acessível a organismos aquáticosorganismos aquáticos
ACÚMULOACÚMULO
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fixação de substâncias
OutrasOutras substânciassubstâncias podempodem serser fixadasfixadas nono solosolo ee tambémtambém emem sedimentossedimentos,,dependendodependendo dasdas suassuas característicascaracterísticas
Meios de fixação Meios de fixação de metais “pesados” de metais “pesados”
em em solossolos e em e em sedimentossedimentos
Adsorção sobre partículas minerais
15
Adsorção sobre partículas minerais
Complexação pelos ác. húmicos
Reações de precipitação(forma de sulfetossulfetos)
Adsorções
Reações de precipitação(forma de sulfetossulfetos)
Dependem do pH da Dependem do pH da soluçãosolução do solodo solo
A A correção do pHcorreção do pH do solo do solo (utilizando cal, p. ex) tende a (utilizando cal, p. ex) tende a diminuir a disponibilidade de diminuir a disponibilidade de
espécies como Cdespécies como Cd2+2+
Dependem do pH Dependem do pH da águada água
SE não houver interferência SE não houver interferência de microorganismos, espécies de microorganismos, espécies
como como HgSHgS permanecem permanecem imobilizados imobilizados
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fixação de substâncias
Metais “pesados”Metais “pesados”, , PAHsPAHs e e PesticidasPesticidas em em SOLOSSOLOS e e SEDIMENTOSSEDIMENTOS
INDICADORES DE POLUIÇÃO AMBIENTALINDICADORES DE POLUIÇÃO AMBIENTAL
Sedimentos: avaliação temporal (profundidade)Sedimentos: avaliação temporal (profundidade)
16
Sedimentos: avaliação temporal (profundidade)Sedimentos: avaliação temporal (profundidade)
MASMAS a toxicidadea toxicidade: : depende da depende da forma químicaforma química
Métodos especiaçãoMétodos especiação
Técnicas de amostragem adequadas Técnicas de amostragem adequadas “LANÇAR MÃO”“LANÇAR MÃO”
Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase Líquida
SoluçãoSolução de de eletrólitoseletrólitos e e substâncias orgânicas solúveissubstâncias orgânicas solúveis que envolve a que envolve a fase sólidafase sólidae que está em equilíbrio com a mesmae que está em equilíbrio com a mesma
PRINCIPAIS ELETRÓLITOS:HH++, Na+, K+, NH4
+, Ca2+, Mg2+, Al3+, SO42-, NO3
-, PO43-, CO3
2-, ...
Define o pH do soloDefine o pH do solo- Dissociação de ác. fracos- Troca iônica na superfície dos minerais
17
- Troca iônica na superfície dos minerais
A A água do soloágua do solo contém os contém os nutrientes necessários nutrientes necessários para o desenvolvimento das para o desenvolvimento das plantasplantas
Nutrientes que Nutrientes que provém do solo provém do solo e se dissolvem na águae se dissolvem na água
Importância da umidade no soloImportância da umidade no solo
� Solos argilosos concentram mais água do que solos arenosos
ComposiçãoComposição QuímicaQuímica dodo SoloSolo --Propriedades Físico-químicas
Estão relacionadas à sua Estão relacionadas à sua fração argila fração argila e ao tamanho das partículase ao tamanho das partículas
ARGILAARGILAPartículas de Partículas de aluminossilicatosaluminossilicatos com com ϕϕ < 0,002 mm< 0,002 mm
�������� Origina os Origina os microporosmicroporos e retém e retém bastante água
Demais frações minerais do solo:Demais frações minerais do solo:
18
Demais frações minerais do solo:Demais frações minerais do solo:
SILTESILTEPartículas de Partículas de quartzoquartzo (maioria) com (maioria) com ϕϕ entre 0,002 entre 0,002 –– 0,05 mm0,05 mm
�������� Origina poucos poros, “adensa” o solo e retém Origina poucos poros, “adensa” o solo e retém poucapouca águaágua
AREIAAREIAPartículas de Partículas de quartzoquartzo com com ϕϕ entre 0,05 entre 0,05 –– 2 mm2 mm
�������� Origina os Origina os macroporosmacroporos, facilita a , facilita a aeraçãoaeração e retém e retém pouca pouca águaágua
�������� Solos com pouca água Solos com pouca água �������� menos nutrientes menos nutrientes disponíveis ...disponíveis ...
ComposiçãoComposição QuímicaQuímica dodo SoloSolo --Propriedades Físico-químicas
Dependendo da proporção dessas frações Dependendo da proporção dessas frações
Solos com diferentes características químicasSolos com diferentes características químicas
Tipo de aproveitamento Tipo de aproveitamento para a agricultura depende dos seguintes parâmetrospara a agricultura depende dos seguintes parâmetros
�������� ACIDEZACIDEZ:: dadadada pelapela presençapresença dede íonsíons HH++
19
�������� ACIDEZACIDEZ:: dadadada pelapela presençapresença dede íonsíons HHDeterminada por potenciometria (pH) ou por titulação
AnáliseAnálise éé feitafeita emem diferentesdiferentes meiosmeios (água,(água, soluçãosolução dede KClKCl ee soluçãosolução dede CaClCaCl22))
�������� MATÉRIAMATÉRIA ORGÂNICAORGÂNICA:: dadadada pelopelo teorteor dede substânciassubstâncias orgânicasorgânicasDeterminada por técnicas instrumentais ou calcinação
�������� ALUMÍNIOALUMÍNIO SOLÚVELSOLÚVEL:: concentraçãoconcentração dede íonsíons AlAl33++ queque ocorremocorrem emem solossolos ácidosácidosDeterminado por técnicas espectrométricas de análise, como a de absorção atômica
�������� MACRONUTRIENTESMACRONUTRIENTES –– K,K, Ca,Ca, MgMg ee PP:: concentraçãoconcentração dasdas espéciesespécies KK++,, CaCa22++,, MgMg22++ ee POPO4433--
Determinados por técnicas espectrométricas de análise (PO43- é medido como P)
ComposiçãoComposição QuímicaQuímica dodo SoloSolo --Propriedades Físico-químicas
Expressão dos resultados analíticosExpressão dos resultados analíticos
�� OsOs resultadosresultados analíticosanalíticos podempodem serser expressosexpressos dede diversasdiversas formasformas�� AlgumasAlgumas delasdelas “combinam”“combinam” resultadosresultados dede análisesanálises diferentesdiferentes
Exemplos:Exemplos:
�������� SOMASOMA DASDAS BASESBASES ((SS)):: dadadada pelapela somasoma dosdos elementoselementos alcalinosalcalinos
20
�������� CAPACIDADECAPACIDADE DEDE TROCATROCA CATIÔNICACATIÔNICA ((CTCCTC)):: expressaexpressa aa capacidadecapacidade dede trocartrocar cátionscátionsCalculada pelo somatório da quantidade de analitos “positivos” em relação à massa deamostra seca
�������� SATURAÇÃOSATURAÇÃO DASDAS BASESBASES ((VV)):: expressaexpressa aa relaçãorelação entreentre aa quantidadequantidade dede elementoselementosalcalinosalcalinos ee osos demaisdemais comcom cargacarga positivapositivaCalculada como VV== (( SS xx 100100// CTCCTC))
�������� SATURAÇÃOSATURAÇÃO PORPOR ALUMÍNIOALUMÍNIO ((mm)):: expressaexpressa aa relaçãorelação entreentre aa quantidadequantidade dede AlAl33++ ememrelaçãorelação aoao somatóriosomatório dede basesbases ee oo teorteor dede alumínioalumínioCalculada como mm== (( [Al][Al] xx 100100 // (( SS ++ [Al])[Al]) ))
Composição Química do SoloComposição Química do SoloFertilidade e UtilizaçãoFertilidade e Utilização
Essa característica está ligada também à disponibilidade de nutrientes para odesenvolvimento das plantas
Necessários: Necessários: MACRO NUTRIENTES MACRO NUTRIENTES e MICRO NUTRIENTESe MICRO NUTRIENTES
ENTÃO,ENTÃO, emem solossolos produtíveisprodutíveis,, nosnos quaisquais osos CiclosCiclos biogeoquímicosbiogeoquímicos nãonão sãosão suficientessuficientes paraparamantermanter oo solosolo sempresempre fértil,fértil, osos elementoselementos essenciaisessenciais aosaos vegetaisvegetais nãonão sãosão inesgotáveisinesgotáveis......
� Quando há deficiência de minerais é possível realizar intervenções para garantir a
21
� Quando há deficiência de minerais é possível realizar intervenções para garantir aprodutividade:
CALAGEMCALAGEM ���� AdiçãoAdição dede calcáriocalcário parapara elevarelevar oo pHpH-- Diminui a toxicidade de AlAl33++ e MnMn22++ e aumenta os teores de Ca2+ e Mg2+
ADUBAÇÃOADUBAÇÃO ���� AdiçãoAdição dede substânciassubstâncias químicas,químicas, asas quaisquais variamvariam comcom oo contextocontexto-- Tipos: correção (antes plantio), de crescimento (início desenvolvimento) e,
manutenção (durante)-- PodemPodem serser compostoscompostos principalmenteprincipalmente porpor fontesfontes dede::
fósforo,, potássio,, cálcio,, magnésio,, boro ee nitrogênio (material(material orgânico)orgânico)ExEx:: tipotipo NPKNPK (fonte(fonte dede nitrogênio,nitrogênio, fósforofósforo ee potássio)potássio)
Composição Química do Solo Composição Química do Solo --Classificação e Nomenclatura
BRASIL: Baseada nos aspectos genético-natural (fatores de formação do solo)
Descrito pelo “Sistema Brasileiro de Classificação de Solos”Descrito pelo “Sistema Brasileiro de Classificação de Solos”(EMBRAPA)(EMBRAPA)
Existem, em outros países, outras formas de classificação((Não existe uma classificação universalNão existe uma classificação universal))
22
((Não existe uma classificação universalNão existe uma classificação universal))
Outra característica geral do sistema brasileiroOutra característica geral do sistema brasileiro: : Fornece também informações relativas a sua utilizaçãoFornece também informações relativas a sua utilização
Obedece a seguinte ordenação:Obedece a seguinte ordenação:11-- Ordem Ordem –– 22-- Subordem Subordem –– 33-- Grande grupo Grande grupo –– 44-- Subgrupo Subgrupo –– 55-- Família Família –– 66-- Série Série –– 77-- FasesFases
ExEx: : LatossoloLatossolo Vermelho Vermelho EutroférricoEutroférrico típico A moderado textura média fase floresta tropical típico A moderado textura média fase floresta tropical subcaducifóliasubcaducifólia relevo suave onduladorelevo suave ondulado
Outras “ordens”Outras “ordens”: argilosos, : argilosos, podzólicospodzólicos, , gleissolosgleissolos, , neossolosneossolos, , neossolosneossolos regolíticosregolíticos ......
ReferênciasReferências
BairdBaird, C; Química Ambiental, 2ª Ed, , C; Química Ambiental, 2ª Ed, BookmanBookman: São Paulo, 1999: São Paulo, 1999
Nascentes, C. C.; Costa, L. M.; Química Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais, 2011Nascentes, C. C.; Costa, L. M.; Química Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais, 2011
httphttp:://ricardoteixeirageo//ricardoteixeirageo..blogspotblogspot..comcom..br/br/20102010//1111/aula/aula--litosferalitosfera..htmlhtml,, acessado em 13/09/12
httphttp:://www//www..infoescolainfoescola..com/geologia/rochascom/geologia/rochas--magmaticas/magmaticas/,, acessado em 15/09/12
httphttp:://www//www..infoescolainfoescola..com/geologia/rochascom/geologia/rochas--sedimentares/sedimentares/,, acessado em 15/09/12
23
httphttp:://www//www..infoescolainfoescola..com/geologia/rochascom/geologia/rochas--sedimentares/sedimentares/,, acessado em 15/09/12
httphttp:://pt//pt..wikipediawikipedia..org/wiki/Xistoorg/wiki/Xisto,, acessado em 15/09/12
httphttp:://www//www..infoescolainfoescola..com/ecologia/humus/com/ecologia/humus/,, acessado em 15/09/12
httphttp:://homepage//homepage..usaskusask..ca/~mjrca/~mjr347347/prog/geoe/prog/geoe118118/geoe/geoe118118..007007..htmlhtml,, acessado em 31/07/13
httphttp:://textbookofbacteriology//textbookofbacteriology..net/Impact_net/Impact_22..htmlhtml,, acessado em 01/08/13
httphttp:://www//www..fundespafundespa..orgorg..br/img/Sedimentos/PSSbr/img/Sedimentos/PSS22..jpgjpg,, acessado em 02/08/13