minerales primarios y secundarios del suelo

FRACCIÓN INORGÁNICA

FRACCIÓN INORGÁNICA

90% de la fase sólida

Propiedades

Tamaño

Área superficial

Carga

Cuarzo

Moscovita

Biotita

Feldespatos

Ortoclasa

Microclina

Albita

Anfíboles

Tremolita

Piroxenos

Enstatita

Diopsida

Rodonita

Olivino

Epídota

Turmalina

Zircón

Rutilo

SiO2

KAl2(AlSi3O10)(OH)2

K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2

KAlSi3O8

KAlSi3O8

NaAlSi3O8

Ca2Mg5Si8O22(OH)2

MgSiO3

CaMg(Si2O6)

MnSiO3

(Mg,Fe)2SiO4

Ca2(Al,Fe)3Si3O12(OH)

(Na,Ca)(Al,Fe3+,Li,Mg,)3Al6(BO3)3(Si6O18)(OH)4

ZrSiO4

TiO2

NombreNombre Fórmula químicaFórmula química

MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS

anfibol cuarzo

moscovita

feldespato de K

MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS

olivino piroxenospiroxenos

MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS

Principalmente Principalmente feldespatosfeldespatos::

tetraedros unidos de SiO4 y AlO4.

Si el Al3+ sustituye al Si4+, se crea una deficiencia de carga positiva

cavidades que pueden acoger Ca2+, Na+, K+ o Ba2+ para

mantener la electroneutralidad.

MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS

MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS

Si O

OH Al, Mg, etc.

MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS

PPiroxenos y anfíbolesiroxenos y anfíboles

minerales ferromagnesianos con estructura simple y doble respectivamente de cadenas de tetraedros unidos .

OOlivinoslivinos::

neosilicatos de color verde en los que el Mg2+ y el Fe2+ están coordinados octaédricamente con átomos de O.

Importantes en las rocas ígneas

Fuente de micronutrientes

Se presentan en el suelo en cantidades menores que los piroxenos y anfíboles.

MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS

Minerales de arcilla

Caolinita

Montmorillonita

Vermiculita

Chlorita

Alófana

Imogolita

Goethita

Hematita

Maghemita

Ferrihidrita

Bohemita

Gibbsita

Pirolusita

Birnesita

Dolomita

Calcita

Yeso

Si4Al4O10(OH)8

Mx(Al,Fe2+,Mg)4(Si,Al)8O20(OH)4 (M=catión entre capas)

(Al,Fe2+,Mg)4(Si,Al)8O20(OH)4

[MAl(OH)6](Al,Mg)4(Si,Al)8O20(OH,F)4

Si3Al4O12.nH2O

Si2Al4O10.5H2O

FeOOH

-Fe2O3

-Fe2O3

Fe10O15.9H2O

-AlOOH

Al(OH)3

-MnO2

-MnO2

CaMg(CO3)2

CaCO3

CaSO4.2H2O

NombreNombre Fórmula químicaFórmula química

MINERALES SECUNDARIOSMINERALES SECUNDARIOS

MINERALES SECUNDARIOSMINERALES SECUNDARIOS

ArcillaArcilla:: nombre general para el material inorgánico de diámetro inferior a 2m

MMineral de arcillaineral de arcilla:: tipo específico de minerales que aparecen en esta fracción.

Muy importantes en la química del suelo

MINERALES MINERALES DE ARCILLADE ARCILLA

lámina tetraédrica

O2-

Si4+

lámina octaédrica

Xb-

Mm+

ARCILLAARCILLASS

ARCILLAARCILLASS

lámina 1:1

lámina 2:1:1

lámina 2:1

ARCILLAARCILLASS

sustituciones isomórficassustituciones isomórficas::

sustitución de un ion en la red cristalina por otro de tamaño similar, de manera que no hay alteración de la estructura cristalina.

ARCILLAARCILLASS

sustituciones isomórficassustituciones isomórficas::

-En la capa tetraédrica, el Al3+ puede sustituir al Si4+ e incluso el P.

-En la capa octaédrica el Al3+ puede ser sustituido, por Fe2+, Fe3+, Mg2+, Ni2+, Zn2+, o Cu2+.

ARCILLAARCILLASS

sustituciones isomórficassustituciones isomórficas::

Como resultado aparece una carga carga neta negativaneta negativa que se asocia con los 6 oxígenos o hidroxilos de los octaedros y con los cuatro oxígenos de los tetraedros.

ARCILLAARCILLASS

H2O inferior H2O superior OH inferior OH superior

Aluminol

H2O

Silanol

H+ O OH Al Si

Centro ácido de Lewis

ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1

Arcillas 1:1 (caolinita-serpentina)

caolinitacaolinita:: Si4IVAl4

VIO10(OH)8

Capas unidas por enlaces de hidrógeno,

No hay espacios entre las capas.

Sustituciones isomórficas, escasas.

Otros caolines:

dicktita, nacrita y halloisita

ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1

Caolinita

O

OH

Al

Si

0,270 nm

0,230 nm

0,210 nm

ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1

Caolinita

ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1

Arcillas 1:1 (caolinita-serpentina)

halloisitahalloisita:: Al2Si2O5(OH)4.2H2O

-moléculas de agua entre cada capa 1:1

-capacidad de adsorber grandes cantidades de cationes monovalentes como el NH4

+.

-cuando se seca, las moléculas de agua pueden eliminarse y la estructura se colapsa

ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1

Halloisita

0,210 nm

0,560 nm

0,230 nm

ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1

Halloisita

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Grupo de la Pirofilita-TalcoGrupo de la Pirofilita-Talco::

Si8IVAl4

VIO20(OH)4.

Sin sustituciones isomórficas

No existe espacio entre láminas

Los bordes de la pirofilita pueden ejercer una influencia significativa en la retención de metales y sobre otras propiedades físicas de la arcilla.

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Grupo de la Esmectita-SaponitaGrupo de la Esmectita-Saponita

-carga de 0.2-0.6 por unidad de fórmula de semicelda.

Esmectitas: montmorillonita, beidellita y nontronita

montmorillonitamontmorillonita M0,33,H2OAl1.67(Fe2+,Mg2+)0.33Si4O10(OH)2, donde M es un catión intercambiable metálico que se sitúa en el espacio entre capas.

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Grupo de la Esmectita-SaponitaGrupo de la Esmectita-Saponita

montmorillonitamontmorillonita

EEn la capa octaédrica 0,33 Al han sido sustituidos por iones divalentes, la carga neta de esta capa es -0,33 y debe ser neutralizada por los 0,33 cationes M+.

Presencia entre capas de moléculas de agua,

Capacidad de expansionarse y contraerse

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Grupo de la Esmectita-SaponitaGrupo de la Esmectita-Saponita

montmorillonitamontmorillonita

La diferencia entre capas depende del catión de intercambio que se sitúe entre capas

0,550 nm (1,2 nm total) Na

0,850 nm (1,5 nm total) Ca

Por pérdida del agua y de los cationes en el espacio interlaminar el grosor se reduce a 0,960 nm.

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Montmorillonita

Cationes intercambiables

nH2O

O; Si, ocasionalmente Al; OH; Al,Fe, Mg

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Grupo de la Esmectita-SaponitaGrupo de la Esmectita-Saponita

beidellita beidellita y y nontronitanontronita

La sustitución isomórfica tiene lugar en la capa tetraédrica (Al3+

sustituye a Si4+).

La nontronita es un mineral rico en Fe, siendo el Fe3+ el que predomina en la capa octaédrica.

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Grupo de la Esmectita-SaponitaGrupo de la Esmectita-Saponita

Saponitas:

saponita:

sustituciones isomórficas tienen lugar en la capa tetraédrica

hectorita:

contiene Li

las sustituciones ocurren en la capa octaédrica.

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Esmectitas

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

MMicasicas

elevada carga, (1.0 por unidad de semicelda)

pueden ser

dioctaédricas: moscovita y paragonita (Na)

trioctaédricas: biotita, flogopita y lepidolita

contienen K+ interlaminar para compensar la carga negativa acumulada por sustituciones isomórficas.

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

K+ O OH Al Si

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

moscovita

Micas

biotita

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

MMicasicas

Conforme se meteorizan, el K no intercambiable va siendo utilizado por las plantas.

La meteorización transforma a las micas en arcillas parcialmente expansibles: vermiculita o ilita.

meteorización

micas 10% K hidromicas 6-8%K

minerales de trans. 3%K illita 4-6%K

montmorillonita o vermiculita <2%

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Conforme avanza el proceso, el K se intercambia con otros iones como Na+, Mg2+ o Ca2+

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Cuanto mayores son los iones que se introducen en las láminas del silicato, mayor es la liberación de K+

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

GGrupo de la Vermiculitarupo de la Vermiculita

Tanto las vermiculitas dioctaédricas como las trioctaédricas poseen una carga elevada, entre 0.6 y 0.9 por unidad de semicelda.

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

GGrupo de la Vermiculitarupo de la Vermiculita

vermiculita dioctaédricavermiculita dioctaédrica::

se caracteriza por las sustituciones tanto en la capa octaédrica como en la tetraédrica,

vermiculitavermiculita trioctaédrica trioctaédrica::

sólo presenta sustituciones en la capa tetraédrica.

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Arcillas 2:1

  GGrupo de la Vermiculitarupo de la Vermiculita

Tienen estructura laminar,

Poseen agua interlaminar

El potasio, se sustituye por otros cationes interlaminares.

Las vermiculitas tienen menos carga que las micas

El Fe2+ de la capa octaédrica se oxida a Fe3+.

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

VermiculitaVermiculita

Capa tetraédrica de Si

Moléculas de agua orientadas

Capa tetraédrica de Si

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Arcillas 2:1

Grupo de la illitaGrupo de la illita

Grim y col (1937) denominaron de esta manera a partículas de mica de tamaño arcilla, que se encontraban en rocas arcillosas.

Otro nombre que se han utilizado en lugar de illita son: hidromica, hidromoscovita, K-mica, etc.

Posee una carga de alrededor de 0.8 unidades por semicelda.

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

Grupo de la illitaGrupo de la illita

La illita contiene más Si4+, Mg2+, y agua y menos Al3+ y K+ que la moscovita.

El K+ es el ion interlaminar predominante junto a Ca2+ y Mg2+

El NH4+ no se encuentra nunca en la

illita

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

illita

ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1

illita

ARCILLAS 2:1:1ARCILLAS 2:1:1

Grupo de la cloritaGrupo de la clorita

 La estructura es compacta, no expandible

ARCILLAS 2:1:1ARCILLAS 2:1:1

Clorita

O; Si; OH; Al

minerales de arcilla minerales de arcilla intergradointergrado

vermiculita intergrado Al-clorita

catión de cambio hidróxido de Al

minerales de arcilla minerales de arcilla interestratificadosinterestratificados

illita

illita expandida al margen

illita expandida

interestratificación de illita, illita expandida, y de estratos de vermiculita o montmorillonita

montmorillonita o vermiculita

K+ cationes de cambio

AlófanaAlófana

Se forman de cenizas volcánicas

principales constituyentes de los suelos desarrollados en condiciones ándicas.

También en la fracción arcilla de muchos suelos no volcánicos.

SiO2/Al2O3 varía entre 0,84 y 2

El Al se encuentra tanto en coordinación octaédrica como tetraédrica.

Particulas esféricas de 30-50 nm de diámetro

ImogolitaImogolita

Relación SiO2/Al2O3 de 1

El Al se encuentra únicamente en coordinación octaédrica.

Poca carga debido a sustituciones isomórficas, pero adsorbe cantidades sustanciales de cationes monovalentes.

Estructura filamentosa. Tubos paralelos de 20 nm de diámetro.

Minerales de arcilla fibrososMinerales de arcilla fibrosos

No poseen capas octaédricas continuas.

Contienen tiras de silicatos 2:1, unidas por inversión de los tetraedros silicato a lo largo de una serie de enlaces Si-O-Si.

Óxidos, hidróxidos y Óxidos, hidróxidos y oxohodróxidosoxohodróxidos

Óxidos de Al, Fe y Mn

El término general de óxidos se refiere a hidróxidos metálicos, oxohidróxidos y óxidos hidratados

(que contienen agua no estequiométrica en su estructura).

Papel fundamental en la química de los suelos.

Elevada superficie específica y reactividad.

Aparecen en todos los suelos:

• Cristales discretos,

• Recubriendo filosilicatos y sustancias húmicas,

• Mezclas de geles.

Óxidos de AluminioÓxidos de Aluminio

Fundamentalmente Gibbsita

Óxidos de HierroÓxidos de Hierro

Fundamentalmente goethita, hematita, magnetita

Sustituciones:Sustituciones:

Al3+

Mn3+

Cr2+

Óxidos de HierroÓxidos de Hierro

Goethita, FeOOH

centro ácido de Lewis

A B C

Hidroxilos superficiales

H

O

Fe

Óxidos de HierroÓxidos de Hierro

hematita

Óxidos de HierroÓxidos de Hierro

Óxidos de HierroÓxidos de Hierro

Óxidos de HierroÓxidos de Hierro

Óxidos de Manganeso

Muy comunes en los suelos.

Fuente de Mn, un nutriente esencial para las plantas.

Pueden adsorber en su superficie metales pesados y son oxidantes naturales de ciertos metales como As3+ y Cr3+.

Aparecen en el suelo recubriendo partículas, en las fracturas, y formando nódulos de hasta 2 cm de diámetro.

La mayoría de los óxidos de Mn son amorfos.

Óxidos de Manganeso

La birnessita (Na0.7, Ca0.3)Mn7O14.2,8 H2O) es el óxido de Mn que prevalece .

Hojas de octaedros MnO6, (Fig. con huecos catiónicos en 1 de cada 6 octaedros y con iones Mn2+ y Mn3+ situados entre las capas por encima y por debajo de esto huecos.

El Na y el Ca presentes en la fórmula no son imprescindibles

Óxidos de Manganeso

Carbonatos y Sulfatos

Carbonatos y Sulfatos

Calcita

CaCO3

Magnesita

MgCO3

Mg(OH)2

Carbonatos y Sulfatos

Dolomita

CaMg(CO3

)2

Siderita

FeCO3

Rodocrosita

MnCO3

Carbonatos y Sulfatos

Yeso

CaSO4.H2O

Propiedades de la Propiedades de la Fracción Fracción

InorgánicaInorgánica

Superficie específica

Carga

Superficie Superficie específicaespecífica

área superficial externa

área superficial interna

Superficie Superficie específicaespecífica

Fracción Mineralógica

Área Superficial Específica

Arena gruesaArena finaLimoCaolinitaIllitaVermiculitaMontmorillonita sódicaAlófanaÓxidos amorfos de Fe y Al

0,010,11,0

5-100100-200300-500700-800200-500100-300

CargaCarga

carga permanente o constante:

debida a las sustituciones isomórficas

se desarrolla cuando se forma el mineral.

clorita, mica, esmectita y vermiculita

CargaCarga

carga variable o dependiente del pH.

debida a reacciones de protonación y desprotonación de grupos funcionales que se encuentran en las superficies minerales

caolinita, óxidos, silicatos laminares recubiertos de óxidos y de la materia orgánica.

CargaCargacarg

a s

up

erf

icia

l m

ol m

-2

pH

Birnesita

Goethita

Criptomelano

CICCIC

capacidad de intercambio capacidad de intercambio catiónico del suelo. catiónico del suelo.

La carga negativa que resulta de las sustituciones isomórficas y de la desprotonación de los grupos funcionales, se neutraliza con carga positiva en forma de cationes intercambiables.

CICCIC

Mineral CIC (cmol/kg)

CaolinitaHalloisitaTalcoMontmorillonitaVermiculita dioctaédricaVermiculita trioctaédricaMoscovitaBiotitaCloritaAlófana

2-1510-40

<180-15010-150

100-20010-4010-4010-405-350

CICCIC