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Composição do solo e Mineralogia
Composição do Solo Fase sólida
Fase líquida
Fase gasosa
Composição do Solo • Ou atmosfera do solo • Diferente da atmosfera em:
Fase gasosa
– Composição: • Mais CO2 • Menos O2
– Umidade • Mais vapor de água
– Temperatura • Depende da profunidade
Composição do Solo • Solução do solo:
Fase líquida
– Concentração de solutos; – Reações químicas
• Água do solo: – Quantidade – Estado • Energia de retenção – Disponibilidade para as plantas – Movimento
Composição do Solo • Partículas de natureza diferente: – Mineral – Orgânica
Fase sólida
• Partículas de tamanho diferente: – Areia – Silte – Argila
• Partículas de origem diferente: • Orgânica • Mineral: – Geogênica – Pedogênica
Assunto principal desta aula: fase sólida do solo, principalmente a fração argila
Características possuem relação:
Tamanho
Natureza
Origem
Composição do solo – Fase sólida
Solo Areia Silte Argila 2 mm
0,05 mm
0,002 mm Macro Moléculas
Frações do solo Porque estes limites de tamanho e não outros?
Frações de tamanho Minerais geogênicos Primários
quartzo
Areia
Silte
M pe ine (s d o r a i ec g s un ên sil dá ico ica rio s tad os s)
is a r e in s m co s i o n r t gê u O do Pe
Argila
Porque acontece esta distribuição ???
Lembrar seqüência de Bowen • Apresenta a seqüência de formação de minerais a partir do resfriamento e da composição do magma.
Seqüência de Bowen
Tipos de Rochas Ígneas Ultramáficas
Básicas Basalto/Gabro Andesítico (Andesito e diorito) Ácidas Granito/ riolito
Seqüência de Goldich • É aproximadamente o inverso da seqüência de Bowen; • Mostra a susceptibilidade dos minerais à decomposição pelo intemperismo, quando expostos na superfície da Terra... • Existe alguma lógica nisto? Qual?
Aumenta A Estabilidade
Composição do solo – Fase sólida
Solo Areia Silte Argila 2 mm
0,05 mm
0,002 mm Macro Moléculas
Composição do solo – Fase sólida
Q ua rtz
o
Solo Areia Silte Argila
2 mm
0,05 mm
0,002 mm Macro Moléculas
Composição do solo – Fase sólida
M i em ner i n a is te G m eo pe g riz ên aç ico ão s
Q ua rtz
o
Solo Areia Silte Argila
2 mm
0,05 mm
0,002 mm Macro Moléculas
Composição do solo – Fase sólida
M in pe er do ais gê ni co s
M i em ner i n a is te G m eo pe g riz ên aç ico ão s
Q ua rtz
o
Solo Areia Silte Argila
2 mm
0,05 mm
0,002 mm
Macro Moléculas
Porque tamanho da partícula é importante ??
Por causa da... Área Superficial Específica
Quanto maior a ASE, maior a reatividade (capacidade de participar de reações químicas) do objeto ou partícula
ASE das Frações do solo Classe de Tamanho
ComposiçãoMiner alógica
Diâmetro (mm)
A.S.E. (m2g-1)
Areia Grossa
Quartzo
2,0-0,2
0,01
Areia Fina
Quartzo
0,2–0,05
0,1
Silte
Minerais 1º
0,05-0,002
1
Argila
Minerais 2º
< 0,002
5-800*
ASE da fração argila
* Depende do tipo do argilomineral 1:1 → Caulinita 5 – 20 m2g-1 2:1 → Vermiculita 300-500 → Montmorilonita 700-800
Porque tanta diferença entre a fração argila e as outras frações ??
ASE Diminui tamanho da particula
Tabela da ASE • A fração argila é a que possui, de longe, a maior ASE; • Daí infere-se que esta fração controla o comportamento químico do solo: – Retenção de nutrientes – Acidez – Retenção de poluentes – Eficiência de biomoléculas (herbicidas, fungicidas,etc.)...
Então quem trabalha em sistemas naturais tem que entender como isto funciona !!!
Esta reatividade do solo pode ser resumida em uma propriedade: CTC: Capacidade de Troca de Cátions
CTC • É uma propriedade considerada quase tão importante para os ecossistemas quanto a fotossíntese ! • Sem ela os ecossistemas terrestres provavelmente não existiriam. • Todo profissional de ciências agrárias deve entender como ela funciona... O que evita muitos desastres !!
CTC • Para entender a CTC, é preciso entender sua origem. • A origem da CTC está na estrutura das partículas da fração argila do solo. • A partir de agora vamos tentar entender estas estruturas.
O Que existe na fração argila dos solos? is Minerais geogênicos Primários
quartzo
Areia
Silte
M pe ine (s do rai ec g s un ên sil dá ico ica rio s tad os s)
ra e in s m co s i o n tr gê u O do Pe
Argila
O Que existe na fração argila dos solos?
Óxidos de ferro e alumínio pedogênicos Minerais silicatados pedogênicos (secundários)
quartzo Minerais primnários (geogênicos) Areia
Silte
Argila
Composição do solo – Fase sólida
M in pe er do ais gê ni co s
M i em ner i n a is te G m eo pe g riz ên aç ico ão s
Q ua rtz
o
Solo Areia Silte Argila
2 mm
0,05 mm
0,002 mm
Macro Moléculas
Fração argila do solo • A partir das tabelas anteriores conclui-se: – Existe muita variedade na composição da fração argila – Na grande maioria dos solos minerais, os filossilicatos de aluminio dominam; – Nos solos tropicais e subtropicais, além dos filossilicatos de alumínio, também são importantes os óxidos (Fe e Al). – A matéria orgânica, apesar de sua menor quantidade (em massa), possui uma reatividade muito maior que a dos colóides minerais, e por isto é bastante importante também.
Hoje será discutida a parte mineral. Em breve voltaremos à parte orgânica
SOLO
AREIA
SILTE
ARGILA
MINERAL
ORGÂNICA
FILOSSILICATOS DE ALUMINIO
MINERAIS 1:1
MINERAIS 2:1
ÓXIDOS
ÓXIDOS DE FERRO
ÓXIDOS DE ALUMÍNIO
Filossilicatos de Alumínio
Filossilicatos de alumínio • Reveja a aula de classificação de minerais; • Uma unidade básica dos silicatos é o tetraedro de silício; • No caso dos Filossilicatos, o octaedro de alumínio também é outra unidade básica
Polimerização das unidades básicas • Os tetraedros de Si se polimerizam compartilhando oxigênios; • Nos filossilicatos, são compartilhados os oxigênios da base; • Isto forma uma
LÂMINA TETRAEDRAL
Polimerização das unidades básicas • Os octaedros de alumínio também se polimerizam, formando as
LÂMINAS OCTAEDRAIS.
Polimerização das unidades básicas • Só existe um tipo de lâmina tetraedral, mas existem dois tipos de lâminas octaedrais: – As dioctaedrais – As trioctaedrais.
Laminas dioctaedrais
Lâminas trioctaedrais
Nos minerais pedogênicos, só ocorrem lâminas
DIOCTAEDRAIS
Os Filossilicatos 1:1
Filossilicatos 1:1 • As lâminas tetraedrais se ligam às lâminas octaedrais para formar os filossilicatos. • Esta ligação também se dá pelo compartilhamento de oxigênios. • Quando uma lâmina tetraedral se liga à uma lâmina octaedral, temos um • FILOSSILICATO 1:1. • O principal filossilicato 1:1 no solo é a • CAULINITA
Atoms para caulinita
Os Filossilicatos 2:1
Filossilicatos 2:1 • Duas lâminas tetraedrais podem se ligar a uma lâmina octaedral; • Esta ligação das lâminas também se dá por compartilhamento de oxigênios. • Diferente dos filossilicatos 1:1, há vários grupos de filossilicatos 2:1 importantes no solo: – – – –
Ilitas; Vermiculitas Esmectitas Minerais 2:1 HE
Minerais 1:1 não podem se expandir • Nos minerais 1:1, um plano de átomos de H fica “no meio” de dois planos de átomos de O, criando uma ligação mais forte que não permite que as camadas se afastem;
Minerais 2:1 podem se expandir • Nos minerais 2:1, dois planos de átomos de O ficam “em contato”, o que causa repulsão e o mineral PODE (nem sempre é o caso) se expandir; • Quando o mineral se expande, criam-se 2 novas superfícies, o que aumenta muito a ASE dos minerais 2:1 expansíveis.
* Depende do tipo do argilomineral 1:1 → Caulinita 5 – 20 m2g-1 2:1 → Vermiculita 300-500 → Montmorilonita 700-800
McFarlane et al, 2004
Porque alguns minerais 2:1 se expandem e outros não?
A superfície siloxana • É a superfície formada pelos “anéis” hexagonais da polimerização do tetraedros de silício.
superficie siloxana
A superfície siloxana • As cavidades formadas pelos anéis são chamadas de CAVIDADES SILOXANA. • As cavidades siloxana podem ou não ter carga elétrica; • As cavidades siloxana tem o tamanho aproximado dos íons de K e de NH4.
A cavidade siloxana • Se a cavidade siloxana estiver carregada, íons de K+ (principalmente) ficam “presos” entre as cavidades de duas camadas, e elas não podem se expandir. • Neste caso, o mineral 2:1 não se expande.
Diferenças entre os 2:1 • Os minerais 2:1 se dividem em função de: – Capacidade de expandir; – Quantidade de cargas elétricas (CTC)
Diferenças entre os 2:1 • Estas duas características estão relacionadas: • Quando a carga é muito alta, ocorre fixação de K e o mineral não expande, ou expande pouco...
Expansão
Carga
ILITAS • São muito parecidas com as micas, porem possuem moléculas de água (são hidratadas) e ocorrem na fração argila; • Possuem carga muito alta; • Fixam K • Não se expandem
Ilita
Vermiculitas • Possuem carga menor que as ilitas; • Podem fixar um pouco de K; • Expandem, porem não tanto quanto as esmectitas;
Esmectitas • Possuem menos carga; • São as mais expansíveis; • Por isto possuem maior ASE;
2:1 HE • São minerais 2:1 nos quais polímeros de AlOH (e ás vezes FeOH ) se depositaram nas entrecamadas; • Esta deposição bloqueia a expansão e a CTC dos minerais 2:! Originais; • São minerais típicos do solo; • Ocorrem geralmente em pequenas quantidades;
Resumo filossilicatos ASE (m2 g-1)
Espaçament o (nm)
Expansivida de
Dependência da carga com o pH
Atividad e coloidal
20-40
70-120
1,0
Não
Média
Alta
2:1
120-100
600-800
1,0-1,5
pequena
Baixa
Alta
2:1
80-120
600-800
Variável
Sim
Baixa
Extrem. alta
2:1:1
20-40
70-150
1,4
Não
Elevada
Média
1:1
1-10
10-20
0,72
Não
Elevada
Baixa
Tipo de mine ral
CTC (cmol+kg1)
Mica
2:1
Vermiculita Montmorilonit a
Componente
Clorita Caulinita
Ate aqui aula 31/10
