Capacidad de Intercambio Intercambio Catiónico 1 INTRODUCCIÓN El desarrollo de los procesos físicos, químicos y biológicos en el suel conducen a la acumul acumulaci ación, ón, en él, de sustanc sustancias ias nutrit nutritiva ivas s necesa necesaria rias s para para el creci crecimie miento nto y desarrol desarrollo lo de las plantas, plantas, tales como: nitratos, amonio, fósforo, fósforo, potasio, potasio, calcio, magnesio, etc., en forma soluble y asimilable. Pero si los elementos nutricionales liberados no son retenidos o absorbidos por las part partíc ícul ulas as y colo coloid ides es del del suelo suelo,, ento entonc nces es pued pueden en ser ser lava lavado dos s por por el agua agua de percolación no retenida en el suelo y que suele estar afectada por la fuer!a de grav graved edad ad pasa pasand ndo o a los los "ori "ori!o !onte ntes s mas mas inter interno nos s del del suel suelo# o# y perd perdid idos os por por li$iviación. En %&'(, )ay y *"ompson, ya "abían con+rmado que los suelos poseían el poder de e$traer de la solución del suelo# la mayoría de los elemenyos aadidos como fertili!antes - /0, Ca00, 1g00, 2 0#, siendo el nitrógeno, en forma de nitratos, la principal e$cepción. e$cepción. El mecanismo de intercambio de cationes, que se da entre los cationes adsorbidos sobre sobre las super+cies super+cies cargadas cargadas y los cationes de la solución solución suelo3 es un fenómeno fenómeno que penetra y domina toda la química del suelo. 14s de 556 de los cationes se encuentran adsorbidos y solo un %6 se encuentra en la solución suelo, generando así un equilibrio de concentraciones de iones disueltos e iones adsorbidos. El intercambio catiónico es una de las propiedades m4s importantes del suelo y tiene tiene in7uen in7uencia cia sobre sobre una gran gran cantid cantidad ad de sus caract caracterí erísti sticas cas.. 8os 8os cation cationes es cambiables in7uyen en la estructura, la actividad biológica, el régimen "ídrico y gaseoso, la reacción, los procesos genéticos del suelo y en su formación.
2 OBJETIVOS 9eterminar por un método adecuado, la capacidad de intercambio catiónico del suelo problema y compararlo con un suelo de características conocidas.
3 JUSTIFICACIÓN El fenómeno de intercambio de cationes nos da una idea de la capacidad del suelo para para poder poder reten retener er y libera liberarr los iones esenci esenciale ales s que todo todo cultiv cultivo o necesi necesita. ta. El conocer la e+ciencia de la adsorción de nutrientes por parte del compleo arcillo ";mico es un indicador directo de la fertilidad del suelo, siendo el valor de la CIC un valor indispensable si se quiere "acer un an4lisis de cu4n fértil es el medio dónde se
debe desarrollar un cultivo, siendo ese aspecto, donde radica la importancia de conocer el valor de éste indicado, y la correcta o incorrecta estimación del mismo depender4 de cómo se eecute el método a aplicar.
4 REVISIÓN DE LITERATURA 4.1 PROPIEDADES QUÍMICAS DEL SUELO Para la <=>, la meteori!ación del material de partida por el agua determina, en gran medida, la composición química del suelo que por ;ltimo se "a producido. =lgunas sustancias químicas se li$ivian en las capas inferiores del suelo donde se acumulan, mientras que otras sustancias químicas, que son menos solubles, quedan en las capas superiores del suelo. 8as sustancias químicas que se eliminan con m4s rapide! son los cloruros y los sulfatos, a los que siguen el calcio, el sodio, el magnesio y el potasio. 8os silicatos y los ó$idos del "ierro y el aluminio se descomponen con muc"a lentitud y apenas se li$ivian. Cuando algunos de estos productos se ponen en contacto con el aire del suelo, tienen lugar reacciones químicas como, en particular la o$idación, que provoca la formación de sustancias químicas m4s solubles o m4s fr4giles que las originales. En consecuencia, se aceleran los procesos de meteori!ación, aumenta la li$iviación de las sustancias químicas y se producen otros cambios en la composición química del suelo. ?eg;n @avaleta %55A#, la química del suelo representa un eslabón entre la fertilidad y los aspectos físicos del suelo. Comprende los elementos m4s importantes en la química del suelo, la capacidad de intercambio catiónico, las reacciones de iones intercambiables, el p del suelo, las solubilidades y transformaciones químicas. El aspecto químico del suelo abarca muc"os aspectos, conceptos y reacciones, siendo qui!4 el m4s importante el poder de intercambio iónico del suelo, al ser la base de los dem4s elementos citados anteriormente por @avaleta. En el presente informe sólo se tocar4 el tema de intercambio catiónico.
4.1.1 Fenómen !e A!"#$%ón El fenómeno de adsorción podría catalogarse como el fenómeno base de la retención de nutrientes por el compleo arcilloB";mico. Para Porta, et al. A((#, es la asociación de materia, ya sean 4tomos, moléculas o iones, a las super+cies de los sólidos interface sólidoBlíquido#. ace que las concentraciones de las sustancias disueltas sean diferentes en las pro$imidades de las partículas que en la fase líquida. 9entro de los mecanismos que Porta cita, y que dan lugar a la asociación pueden "allarse implicadas:
/AB, así como compleos org4nicos e inorg4nicos cargados, todos los cuales son atraídos sobre la carga de las partículas. =simismo, Cepeda %55%# describe la capacidad de adsorción como absorción físicoB química, cuando los elementos nutritivos asimilables por las plantas y formados a partir de la desintegración de los minerales secundarios y de la descomposición de la materia org4nica, pasan a la solución del suelo dando lugar a la formación de combinaciones físicoBquímicas con los componentes de la fase líquida y sólida del mismo. Como resultado de la acción recíproca entre las fases del suelo, parte de las sustancias disueltas en la solución son absorbidas por el compleo arcillo ";mico produciendo, a su ve!, los procesos inversos: el paso de ciertas sustancias de la fase sólida a la fase líquida. El estudio de los procesos físicoBquímicos relacionados con la absorción, por fase sólida, de sustancias nutritivas solubles así como con el paso de los compuestos de la fase sólida a la solución del suelo, tiene gran importancia para la comprensión de las transformaciones a que son sometidos los abonos en relación con las cualidades del suelo#, las particularidades de los fertili!antes y los métodos de aplicación. = este tipo de absorción, Cepeda lo denomina como absorción de intercambio, la cual se diferencia de la absorción física en primer lugar, por la unión sólida y al mismo tiempo inestable, capa! de sostener sustancias absorbidas con una mayor fuer!a y, en segundo lugar, por la reacción de intercambio entre los iones, ya absorbidos por la parte sólida, ya disueltos en la fase líquida del suelo3 reacciones que, por otro lado, caracteri!an a dic"o proceso como típicamente químico, tal como se muestra en la siguiente reacción: +¿ Na
++¿+ SO Na + SO Ca → (SUELO ) Ca¿ ¿ 4
2
4
Na
¿
(SUELO )¿ ?olución del ?uelo
4.2 COLOIDES DEL SUELO ?istema importante del suelo, cuya característica principal radica en que uno de los componentes org4nico o inorg4nico# se encuentra en un estado +namente dividido
y el otro en un medio continuo. =l componente +namente dividido se le conoce con el nombre de fase dispersa, y al componente continuo se le conoce como fase dispersante. =mbas pueden ser sólidas, líquidas y gaseosas. 8as partículas coloidales al ser tan pequeas, pueden permanecer en suspensión durante largos periodos de tiempo. El material coloidal org4nico est4 representado por el "umus, mientras que los coloides inorg4nicos est4n representados, casi e$clusivamente, por las arcillas de varias clases. 9e ésta unión se desprende el compleo coloidal arcilloB";mico.
4.2.1 Cm&'e( C'%!)' A#$%''*+,m%$ ?eg;n lo descrito anteriormente, el sistema coloidal comprende dos fases. *enemos a la fase dispersa compuesta ya sea por partículas org4nicas "umus# o inorg4nicas arcilla#, y el medio continuo que sería la solución suelo. Para Cepeda %55%#, la carga de las partículas coloidales es debido a las capas super+ciales de iones adsorbido por las mismas, estas capas, que rodean a la partícula, no son rígidas y su densidad disminuye con la distancia a la interfase. Catalogados también como componentes órganoBminerales del suelo
4.3 SOLUCIÓN DEL SUELO Como se sabe, el suelo est4 compuesto por porciones sólidas, gaseosas y líquidas. Estas dos ;ltimas son las que conforman el ya conocido espacio poroso del suelo, guardando proporciones recíprocas entre ellas, pues al aumentar una, la otra disminuye. El agua del suelo, se genera por acción de la in+ltración y percolación dentro del per+l del suelo#, del agua super+cial, alo4ndose en los espacios vacíos entre los agregados por fuer!as de retención. = este volumen de agua se le clasi+ca seg;n la magnitud de la fuer!a con la es retenida por las partículas coloidales del suelo, y puede ser:
=gua igroscópica, cuya fuer!a de retención es mayor a % atmósferas. =gua capilar, cuya fuer!a de retención va entre %B(. atmósferas, siendo el agua disponible para el cultivo la que se encuentra entre %'B(. atmósferas. Para la química de suelo, importa principalmente la composición del agua del suelo o su contenido de nutrientes, debido a que las plantas tomar4n los nutrientes necesario de la solución suelo, también en parte por contacto directo con la fase sólida, y estando ésta en equilibrio con la fase sólida y gaseosa, su an4lisis informa "asta cierto grado sobre la disponibilidad de nutrientes. 8a concentración total e elementos nutritivos es pequea, salvo en algunos suelos salinos de regiones 4ridas.
?eg;n Cepeda %55%# la solución del suelo es una fuente de la cual las plantas pueden obtener cierta cantidad de cada elemento presente en el suelo3 del mismo modo, el agua de percolación transporta algo de cada elemento, pero nunca en la misma cantidad ni la misma proporción. 8os materiales mas meteori!ables y solubles tienden a ser evacuados del suelo con mayor rapide! especialmente en el "ori!onte =#, por el contrario, los m4s resistentes permanecen en el per+l.
4.4 FENÓMENO DE INTERCAMBIO DE IONES 4.4.1 N)-#)'e/) !e '" Ine" In-e#$)m0%)0'e" C)&)$%!)! !e In-e#$)m0%. ?eg;n Cepeda %55%#, el intercambio catiónico es una de las propiedades m4s importantes del suelo. 8os cationes cambiables in7uyen en la estructura, en la actividad biológica, en el régimen "ídrico y gaseoso, y en los procesos genéticos del suelo y su formación. 8os compleos de intercambio catiónico y aniónico, que resultan de las interacciones de las fases líquidas y sólidas del suelo, dependen, tanto de la composición y características del estado coloidal partículas de arcilla y materia org4nica# como de la composición del suelo. En los suelos, los cationes intercambiables encontrados com;nmente son: Calcio, magnesio, "idrógeno, potasio, sodio, y amonio. El calcio por regla general, es el m4s abundante, mientras que la cantidad de los otros elementos varía de acuerdo con las condiciones del suelo. En suelos e$cesivamente 4cidos, el ion =l 000 puede constituir una gran parte de los iones intercambiables, y su concentración aumenta conforme disminuye el p del suelo. 8os aniones intercambiables m4s comunes son cloruros, sulfatos, nitratos, fosfatos mono y dib4sicos#, bicarbonatos y aniones procedentes de los 4cidos ";micos. -o todos estos aniones funcionan estrictamente como intercambiables, sino que ;nicamente se encuentran presentes en la solución del suelo. El intercambio de cationes en el suelo se efect;a ent re: a# 8os cationes en la solución del suelo, y los de las super+cies de los coloides minerales y org4nicos. b# 8os cationes liberados por las raíces de las plantas, y los de las super+cies de las partículas minerales y materia org4nica. c# 8os cationes de la super+cie ya de dos cristales cualesquiera de arcilla, ya que dos partículas de "umus, ya de un cristal de arcilla y una partícula de "umus.
Relación general, para condiciones promedio, entre pH del suelo y los cationes retenidos por los coloides del suelo. (Brody, 1984)
4.4.2 C)&) D0'e D%") 8a de+nición de la Capa 9oble 9ifusa, sinteti!ando de manera simple, es el espacio e$terno la super+cie cargada negativamente de la arcilla, en el cual se encuentran aniones y cationes atraídos. 8a distancia de éstos iones, con respecto a la super+cie cargada eléctricamente negativa de la arcilla, depender4 de la carga que muestren, ya que, al ser ésta una super+cie negativa, los iones que estar4n m4s cerca a ésta super+cie ser4n los cargados positivamente, mientras que los aniones, por el "ec"o de tener el mismo signo, suelen estar m4s distanciados por ser repelidos de la super+cie. Esto "ace que la concentración de cationes sea muc"o mayor cerca de la super+cie, que la de los aniones. 8a longitud de la capa doble difusa ser4 determinada por el límite donde, tanto los aniones y cationes atraídos, se encuentran a la misma distancia de la super+cie coloidal, por lo tanto, sus respectivas concentraciones llegan al mismo valor.
Fassbender, H.. 19!". #u$mica de %uelos con &n'asis en suelos de m&rica atina. *ag. 144.
4.4.3 C)-%ne" In-e#$)m0%)0'e" ?eg;n Porta et al. A(((#, los cationes intercambiables proceden de la meteori!ación del material originario, de la minerali!ación de la materia org4nica, y de aportes e$ternos super+cicales y subterr4neos. En la naturale!a raramente se puede encontrar un compleo de cambio con una especie iónica ;nica. 8os cationes intercambiables mas frecuentes son menos de die!, y la presencia y predominio de unos u otros depender4 de las condiciones del medio y de las interacciones en la interfase. 8os cationes intercambiables se "allan en una proporción considerablemente mayor que los cationes en solución. Estos representan un %6 o menos, e$cepto en los suelos salinos. -o e$iste una secuencia de adsorción que tenga valide! general, aunque, a modo de eemplo, cabe citar:
Al 3+>> Ca2+>Mg2+>>NH 4+>K +>H+>Na+>Li +
4. FACTORES QUE INFLUEN EN EL FENÓMENO DE INTERCAMBIO DE IONES Para
Cm&"%$%ón !e ') S'$%ón !e' Se'.
9eterminado por la valencia de los cationes presentes en ella, ya que así presentan diferencias con respecto a los cationes adsorbidos por el compleo coloidal.
Cn$en-#)$%ón !e ') S'$%ón !e' Se'.
=l aumentar su concentración crece la cantidad de cationes adsorbidos ya que cuanto m4s se diluye, mayor es la proporción de los cationes divalentes adsorbidos.
Se'e$-%5%!)! !e' Cm&'e( !e $)m0%.
Entendiéndose como selectividad a la preferencia que un colide puede mostrar por determinados cationes. ?e "an encontrado las siguientes secuencias de selectividad, seg;n el tipo de arcilla presente: Ilita: Caolinita: 1ontmorillonita: 1ateria org4nica: 1n Fa
=l 2 Ca 1g -a Ca 1g 2 =l -a Ca 1g 2 -a Ca 1g - / 2 -a
Fibliografía:
CEPE9=, G.1. %55%#. Huímica de ?uelos. Editorial *rillas. 1é$ico. 9=E8>JI?, G. %55A#. Edafología. *omo II. Editorial CE=. 8ima, Per;. <=??FE-9EK, .). %5D'#. Huímica de ?uelos, con énfasis en suelos de =mérica 8atina. Instituto Interamericano de Ciencias =grícolas. *urrialba, Costa Kica. P>K*=, et al. A((#. Edafología para la =gricultura y el 1edio =mbiente. Ediciones 1undiBPrensa. 1adridBFarcelona, Espaa. @==8E*=, =. %55A#. Edafología, El ?uelo en Kelación con la Producción. Conseo -acional de Ciencia y *ecnología L C>-CM*EC. 8ima, Per;.
