Lección 5. PROPIEDADES FISICOQUIMICAS

 

1 Cambio iónico

1.1 Teorías del intercambio iónico

1.2 Capacidad de cambio de cationes

1.3 Importancia de la capacidad de cambio iónico

2 Acidez del suelo

2.1 Importancia del pH

3 Potencial de oxidación - reducción

4 TEST

 

1 Cambio iónico

Desde muy antiguo se sabía que al pasar un disolución a través de un material pulverulento se perdía parte de la concentración de la disolución. Por ejemplo era muy conocido el hecho de que los suelos pueden extraer sales y colorantes de una solución. Hoy día estas reacciones se justifican por un intercambio de iones entre la solución y el material sólido.

Se define el cambio iónico como los procesos reversibles por los cuales las partículas sólidas del suelo adsorben iones de la fase acuosa liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes, estableciéndose el equilibrio entre ambas fases.

Según el tipo de iones que se intercambien,

Cambio de cationes: Suelo-M   +   X+   ----->   Suelo-X   +   M+

Cambio de aniones: Suelo-N   +   Y-    ----->    Suelo-Y   +   N-

Es proceso dinámico que se desarrolla en la superficie de las partículas. Como los iones adsorbidos quedan en posición asimilable constituyen la reserva de nutrientes para las plantas.

Las causas que originan el intercambio iónico son los desequilibrios eléctricos de las partículas del suelo. Para neutralizar las cargas se adsorben iones, que se pegan a la superficie de las partículas. Quedan débilmente retenidos sobre las partículas del suelo y se pueden intercambiar con la solución del suelo.

Cuanto más superficie tenga el material y más desequilibrada se encuentre, más iones se fijaran.

 

1.1 Teorías del intercambio iónico

Existen tres teorías que tratan de explicar el porqué de este proceso.

Red cristalina. Considera las partículas de los minerales como sólidos iónicos. Los iones de los bordes están débilmente retenidos por lo que pueden abandonar la estructura y pueden cambiarse con los de la solución del suelo.

Doble capa eléctrica. Considera el contacto entre el sólido y la fase líquida como un condensador plano. Entre el metal (el sólido) y el electrólito (la disolución) existe una diferencia de potencial que atrae a los iones de la solución del suelo. Se forma una doble capa eléctrica formada por los iones del sólido y los atraídos en la solución.

Membrana semipermeable. La interfase sólido-líquido actúa como una membrana semipermeable que deja pasar los iones de la solución y a los de la superficie de las partículas pero no a los del interior de los materiales.

Básicamente las tres teorías son compatibles y simplemente se trata de enfoques distintos:

iones débilmente retenidos para la teoría cristalina.

desequilibrios eléctricos para la teoría de la doble capa eléctrica.

diferentes concentraciones para la teoría de la membrana semipermeable.

 

1.2 Capacidad de cambio de cationes

Es el más importante, y mejor conocido.

En el suelo son varios los materiales que pueden cambiar cationes. Los principales cambiadores son las arcillas y la materia orgánica (los dos materiales presentan propiedades coloidales).

Las causas de la capacidad de cambio de cationes de las arcillas son:

Sustituciones atómicas dentro de la red.

Existencia de bordes (superficies descompensadas).

Disociación de los OH de las capas basales.

Enlaces de Van der Waals.

En las arcillas, además de en su superficie, los iones pueden entrar entre las láminas.

Las causas de la capacidad de cambio de materia orgánica son:

Disociación de los OH.

Disociación de los COOH.

En cuanto a los factores que hacen que un suelo tengan una determinada capacidad de cambio de cationes son varios.

Tamaño de las partículas. Cuanto más pequeña sea la partícula, mas grande será la capacidad de cambio.

Naturaleza de las partículas. La composición y estructura de las partículas influirá en las posibilidades de cambio de sus cationes. Así la capacidad de cambio catiónico (CCC) de algunos de los materiales más comunes en los suelos los representamos en la siguiente tabla.

 Naturaleza de la partícula  CCC, meq/100g
 cuarzo y feldespatos  1-2
 oxidos e hidróx. Fe y Al  4
 caolinita  3-15
 ilita y clorita  10-40
 montmorillonita  80-150
 vermiculita  100-160
 materia orgánica  300-500

Como vemos la naturaleza del cambiador confiere mayor a menor capacidad de cambio. Cada 1% de arcilla puede repercutir en medio miliequivalente en la capacidad de cambio de cationes del suelo. Si en vez de arcilla nos referimos a la materia orgánica, cada 1% puede repercutir en 2 miliequivalentes más (miliequivalente / 100gr = cmol(+)Kg-1).

Tipo de cationes cambiables. La capacidad de cambio de cationes representa el total de cargas negativas, o lo que es lo mismo el número de cargas positivas que incorporan los cationes que vienen a fijarse.

No obstante, la naturaleza de los cationes de cambio pueden modificar el valor de la capacidad de cambio, aumentándola o disminuyéndola, en función de su carga y de su tamaño. Los cationes divalentes, trivalentes... al adsorberse aumentan la capacidad de cationes de cambio mientras que los cationes de gran tamaño (radicales orgánicos) disminuyen la CCC al bloquear, por su tamaño, posiciones de cambio.

pH. Los suelos presentan distinta capacidad de cambio en función del pH. A pH bajos los hidrogeniones están fuertemente retenidos en las superficies de las partículas, pero a pH altos los H de los grupos carboxílicos primero y de los OH después, se disocian y los H+ pueden ser intercambiados por cationes.

Esto es la consecuencia de que la capacidad de cambio de cationes aumente con el pH.

Los cationes que frecuentemente ocupan las posiciones de cambio en los suelos son: Ca++, Mg++, K+, Na+, H+, Al+++, Fe+++, Fe++, NH4+, Mn++, Cu++ y Zn++.

En los suelo ácidos predominan H+ y Al+++, en los suelos alcalinos predominan las bases fundamentalmente el Na+ y en los neutros el Ca++.

La relación en el complejo de cambio entre los cationes y el H+ + Al+++, expresado en %, representa el grado de saturación

grado de saturación : V=S/Tx100

siendo, T = capacidad de cambio. Mide la cantidad de bases de cambio (T = S + Al+++ + H+)

S = Ca++ + Mg++ + Na+ + K+.

Cuando V > 50% el suelo está saturado.

Si V < 50% el suelo se encuentra desaturado. Las posiciones de cambio están ocupadas principalmente por H+ y Al+++; se trata de un medio pobre en nutrientes.

 

1.3 Importancia de la capacidad de cambio

Controla la disponibilidad de nutrientes para las plantas: K+, Mg++, Ca++, entre otros.

Interviene en los procesos de floculación - dispersión de arcilla y por consiguiente en el desarrollo de la estructura y estabilidad de los agregados.

Determina el papel del suelo como depurador natural al permitir la retención de elementos contaminantes incorporados al suelo.

 

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