composiciÓn de la disoluciÓn del suelo

COMPOSICIÓN DE LA DISOLUCIÓN DEL

SUELO

COMPOSICIÓN DE LA DISOLUCIÓN DEL SUELO

•Suelos agrícolas:

Ca2+, Mg2+, K+, NO3-, Cl- y SO4

2-, pH

•Suelos ácidos:

Al

•Suelos alcalinos:

Na+, CO32-

•Estabilidad mineral

Si

•Suelos superficiales poco alterados

DOC

COMPONENTES MINORITARIOS

Metales traza suelos contaminados

Dependen:

pH

S.O.M

Condiciones redox

ESPECIACIÓN

Hidrólisis

Formación de pares iónicos

Formación de complejos

Mn+ O

H

H

O

Ln- H

H

Mn+ O

H

H

e-H+

Hidrólisis

Al

OH

2

2+

Al

O

Al

O

4+

Al(H2O)63+ + H2O AlOH(H2O)5

2+ + H+

AlOH(H2O)52+ + H2O Al(OH)2(H2O)4

+ + H+

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

0 + H+

Al(OH)3(H2O)30+ H2O Al(OH)3(H2O)2

- + H+

Hidrólisis

Hidrólisis

Reacciones de complejación del Cr en la disolución del suelo

Reacción pK0

Cr(H2O)63+ CrOH(H2O)5

2+ + H+ 3.9

CrCl(H2O)52+ CrCl(H2O)4

2+ + H+ 5.2

Cr(CN)5(H2O)2- Cr(CN)5OH3- + H+ 9.0

Complejos y pares iónicos

Equilibrios de complejación del Ca en la disolución del suelo

Reacción pK

Ca2+ + H2PO4- CaH2PO4

+ -1.40

Ca2+ + H2PO4- CaHPO4

0 + H+ 4.46

Ca2+ + H2PO4- CaPO4

- + 2H+ 13.09

Ca2+ + SO42- CaSO4

0 -2.31

Ca2+ + Cl- CaCl+ 1.00

Ca2+ + 2Cl- CaCl20 0.00

Complejos y pares iónicos

El pH del suelo

pH del suelo

H+ marca el comportamiento del suelo desde el punto de vista químico y biológico

pH = -log [HpH = -log [H+ + ]]

pH + pOH = 14pH + pOH = 14

FUENTES DE ACIDEZFUENTES DE ACIDEZ

NO2 SO2

SO2 + H2O + ½ O2 2H+ + SO22-

2NO2 + H2O + ½ O2 2H+ + 2NO32-

COOH R-COO- + H+

OH R-O- + H+

CO2 +H2O H+ + HCO3- 2H+ + CO3

2-

NH3 + 2O2 H+ + NO3- + H2O

SH2 + 2O2 2H+ + SO42-

H H+

K

NaCa

Al Al3+ + H2O Al(OH)2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O Al(OH)2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O Al(OH)3 + H+

Atmósfera

Suelo

LA LLUVIA ÁCIDALA LLUVIA ÁCIDA

H+

NH4+

Na+

Ca2+

Mg2+

K+

SO42-

NO3-

Cl-

Suelos forestales y de praderaSuelos forestales y de pradera

•Lavado de los cationes alcalinos y alcalinotérreos

•Disminución del pH

•Solubilización de metales tóxicos como el Al.

•Reducción de la actividad de los microorganismos

•Disminución de la productividad

Suelos agrícolasSuelos agrícolas

•Sin efecto

NH4+ + 2O2 NO3

- + 2H+ + H2O

LA LLUVIA ÁCIDALA LLUVIA ÁCIDA

SUELOS DE MINAS Y ÁCIDO SULFATO

FeS2 + 15/4 O2 + 7H2O Fe(OH)3 + 2H2SO4

superficie de minas de carbón

planicies marinas de inundación en áreas templadas y tropicales

SUELOS DE MINAS Y ÁCIDO SULFATO

HIDRÓLISIS

CA

RG

A M

ED

IA

carga media

Aluminol

H2O

Silanol

H+ O OH Al Si

Centro ácido de Lewis

ARCILLAS

centro ácido de

Lewis

A B C

Hidroxilos superficiales

H

O

Fe

ARCILLASARCILLAS

ARCILLASARCILLAS

Suelos muy ácidos

H, Fe, Al

Unidos por enlaces covalentes a los bordes de cristales de la arcilla

difícilmente pasa a la disolución del suelo.

Sólo en lugares de intercambio de carga permanente de los silicatos en equilibrio con el presente en la disolución del suelo.

ARCILLASARCILLAS

Suelos moderadamente ácidos

Parte de los iones hidrógeno, unidos a lugares de carga variable, se pueden liberar más fácilmente

Contribuyen con los retenidos en los lugares de carga permanente a la concentración de protones en la disolución del suelo.

ARCILLASARCILLAS

Suelos neutros y alcalinos

La mayoría de las cargas dependientes del pH, se han transformado en disponibles para el intercambio de cationes

Hidrógeno sustituido por calcio, magnesio y otras bases

OTRAS FUENTES DE ACIDEZOTRAS FUENTES DE ACIDEZ

4Fe2+ + O2 + 10H2O 4Fe(OH)3 + 8H+

Reacciones redox

OTRAS FUENTES DE ACIDEZOTRAS FUENTES DE ACIDEZ

FUENTES DE ALCALINIDAD

complejo de cambio Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

complejo de cambio Ca2+

H+

Ca2+

Ca2+

+ 2H2OH+

+ 2OH-

Suelos salinos y sódicos (Aridisoles)Suelos salinos y sódicos (Aridisoles)

Acumulación de CaCO3; MgCO3, Na2SO4; NaCl

Los cationes correspondientes saturan el complejo de cambio.

SALES SOLUBLES

Si en el suelo predominan los carbonatos, el pH final es como mucho 8.5,

pH de equilibrio de la reacción de disolución del carbonato de Ca

CaCO3 + H2O Ca2+ + CO2 + 2OH-

SALES SOLUBLES

CO2 CO2 H2CO3 HCO3- CO3

2- CaCO3

Interfase

gas-líquido

Interfase

líquido-sólido

OH- H2O H+ Ca2+

pH = -2/3 log P CO2 + B

pH = -2 log [Ca2+] + C

pH de los suelos calizospH de los suelos calizos

pH de los suelos salinospH de los suelos salinos

Sales de ácidos fuertes y de bases fuertes:Sales de ácidos fuertes y de bases fuertes:

Sulfatos, cloruros, nitratos de calcio, magnesio y sodio

pH del orden de 8.5

Sales de ácidos débiles Sales de ácidos débiles

Carbonatos de sodio, potasio magnesio

pH por encima de 8.5 hasta 10 aproximadamente.

pH de los suelos salinospH de los suelos salinos

HCO3- y CO3

2- reaccionan con el ión H3O+ para fijar un protón:

HCO3- + H3O

+ H2CO3 + H2O

CO32- + 2H3O

+ H2CO3 + 2H2O

Alc = [HCO3-] + 2[CO3

2-] + 2[OH-] - [H+]

Alc = [Na+] + [K+] + 2[Ca2+] + 2[Mg2+] - [Cl- ] - 2[SO42-]

pH = log Alc - log PCO2 + 7.82

PODER DE AMORTIGUACIÓN

PODER DE AMORTIGUACIÓN

resistencia que presenta el suelo a modificar su pH cuando se le añaden

ácidos o bases.

permite mantener el pH dentro de límites muy estrechos, evitando modificaciones radicales que afectarían negativamente a los microorganismos y plantas y al propio suelo

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Disolución del suelo

Disolución de minerales del suelo

Superficies de carga permanente

Superficies de carga variable

Depende de:

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Disolución del suelo

Ácidos disueltos

Ácidos fuertes

capacidad tampón alta a concentraciones altas

mínima a valores de pH de alrededor de 7, mayor a valores más bajos (<3)

Ácidos débiles

Carbonatos

M.O.

Capacidad tampón dependiente de la concentración y pK de disociación

Máxima pK-1<pH<pK+1

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Disolución mineral

Al(OH)3 + 3H+ Al3+ + 3 H2O

lixiviación

Al(H2O)63+ + H2O AlOH(H2O)5

2+ + H+

H+ + Ca(OH)+ Ca2+ + H2O

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Disolución mineral

Mayor capacidad si contienen Ca2+, Mg2+, Na+ y K+

Mayor capacidad cuanto más solubles

gibbsita, caolinita, esmectitas, illitas, feldespatos

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Superficies de carga permanente

intercambio de cationes entre la superficie y la disolución del suelo.

Depende de:

Tipo y concentración de iones en la superficie y en la disolución

Tipo, características estructurales y afinidad relativa de la superficie por los distintos iones.

Las arcillas saturadas de H son inestables

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Superficies de carga variable

intercambio de iones entre la superficie y la disolución del suelo.

protonación y desprotonación de los grupos hidroxilo, óxido o H2O expuestos a la superficie de los oxohidróxidos o de los bordes de los minerales de arcilla

Aluminol

H2O

Silanol

H+ O OH Al Si

Centro ácido de Lewis

centro ácido de

Lewis

A B C

Hidroxilos superficiales

H

O

Fe

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Superficies de carga variable

Punto isoeléctrico (iep)

pH al cual se absorben cantidades iguales de H+ y de OH-

Igual afinidad por los H+ que por los OH- iep 7,

Mayor afinidad por los H+ iep > 7

Menor afinidad por los H+ iep<7

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Superficies de carga variable

pH < iep

adsorción de H+ aumenta con la fuerza iónica y la carga de los iones de la disolución del suelo.

pH>iep

adsorción de OH- aumenta con la fuerza iónica y la carga de los iones de la disolución del suelo.

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Superficies de carga variable

O O

M OH + F- M F-

O O

M OH M O OH

O + HPO42- O P

M OH2+ M O O-

Intercambio ligando (anión-anión)

Superficie normalmente más negativa

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Superficies de carga variable

Punto cero de carga (pzc)

el pH al cual la carga neta de la superficie es cero

La capacidad tampón de una superficie de carga variable es mínima en el pzc y aumenta conforme nos alejamos de él,

La amortiguación depende de la diferencia entre el pH de la disolución y el pzc.

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Superficies de carga variable

curva de carga inicial del suelo

curva de carga tras adicionar potasa

pzse

carg

a n

eta

punto de efecto salino cero (pzse)

pH al cual la adsorción no varía con la fuerza iónica

PODER DE AMORTIGUACIÓN

Superficies de carga variable

La materia orgánica

La amortiguación por materia orgánica en la fase sólida es similar a su comportamiento en la disolución del suelo.

Su capacidad depende del pH del suelo y de si se acumula como ácido o su base conjugada.

RANGO DE pH DE LOS SUELOS

Acidez

pH del Suelo

Acidez Neutralidad Alcalinidad

Muy fuerte

Muy fuerte

Fuerte

Mode-

radaFuerte

Mode-

radaLigera

Ligera

pH de las

turbas ácidas

rango de pH de los suelos

minerales de las

regiones húmedas

rango de pH de los suelos

minerales de las

regiones áridas

suelos altamente alcalinos

pH del Suelo

El pH y el grado de saturación de los suelos varían de forma limitada en función de las estaciones del año.

Suelos con vegetación permanente Suelos con vegetación permanente

su valor medio refleja un estado de equilibrio característico del perfil. pH ± 1

Producción de iones H+ durante la humificación se compensa con el aporte de iones básicos (procesos de alteración y de los ascensos biológicos).

Suelos agrícolasSuelos agrícolas

puede que no exista compensación por la extracción de bases por las cosechas.

TIPOS DE ACIDEZ DEL SUELO

Acidez actual:

Acidez potencial:

concentración de iones H3O+ libres que existen

en la disolución del suelo

la suma de los iones H+ de cambio que

constituyen una "reserva", actualmente

no disponible

bases cambiables

H y Al enlazados

H+ cam

biables

Al(OH)x

Al3+ cambiable

Relación entre el pH y los cationes unidos a los Relación entre el pH y los cationes unidos a los coloides del suelocoloides del suelo

3 4 5 6 7 8 4 5 6 7 8

80

60

40

20

% de capacidad de adsorción de cationes

pH del suelo pH del suelo

H enlazado (y probablemente Al y Fe en medio muy

ácido

bases de cambio

H y Al cambiables

H y Al cambiables

bases de cambio

H enlazado

SUELO ORGÁNICO SUELO MINERAL

Dependencia del pH con el complejo adsorbente

bomba de H+

quelanteFe(III) quelado

Descomposición

Fe(III)-reductasa

Fe3+ a Fe2+Fe2+

Canal del Fe2+

quelante

Fe2+

raíz

rizosfera

Contribución de los minerales de arcilla al pH del sueloContribución de los minerales de arcilla al pH del suelo

AcidezH enlazados covalentemente

H de cambio