“Año del Buen Servicio al
“INFORME
Ciudadano ”
DE LABORATORIO N° 7”
CIC (Capacidad de Intercambio Catiónico)
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MIEMBROS: - León Mamani Frank - Pineda Urquiza Melissa - Ramos Mendoza Aldair - Flores Aguilar Helen - Tintaya Ccassa Royer
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DOCENTE: Mg. Ing. Edgar Avelino Marcelino Tarrmeño
UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DE LIMA SUR
Ingenieria Ambiental, EDAFOLOGIA, V ciclo, GRUPO A Lima-Perú (2017)
INDICE I. INTRODUCCION ............................................................................................................ 1 II. OBJETIVOS .................................................................................................................... 2 III. MARCO TEORICO ............................................................................................ .......... 2 3.1. Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) ............................................................. 2 3.2. Origen de las propiedades de Intercambio In tercambio Catiónico .............................................. 3 3.2.1. Carga fija o permanente ................................................... ......................................................................................... ...................................... 4
3.3. Micela.................................................. ........................................................................................................ .......................................................................... .................... 5 IV. REPORTE DE PRACTICA .................................................... ........................................................................................ .................................... 12
A) METODO DEL ACETATO DE AMONIO ....................................................... ............................................................... ........ 12 4.1. MATERIALES Y EQUIPOS ................................................................................... ...................................... ............................................. 12 4.2. PROCEDIMIENTOS .................................................... ................................................................................................ ............................................ 13 4.3. CALCULOS Y RESULTADOS .................................................... ............................................................................... ........................... 13 4.4. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS RES ULTADOS ...................................... 14 4.5. CONCLUSIONES ................................................................................... .................. 14 4.6. DISCUSIONES ................................................................................................ .......... 14 4.7. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 15
V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................................ 16
VI. ANEXOS ............................................... ..................................................................................................... ........................................................................ .................. 17 6.1. CUESTIONARIO ................................................. ..................................................................................................... ...................................................... 17
INDICE I. INTRODUCCION ............................................................................................................ 1 II. OBJETIVOS .................................................................................................................... 2 III. MARCO TEORICO ............................................................................................ .......... 2 3.1. Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) ............................................................. 2 3.2. Origen de las propiedades de Intercambio In tercambio Catiónico .............................................. 3 3.2.1. Carga fija o permanente ................................................... ......................................................................................... ...................................... 4
3.3. Micela.................................................. ........................................................................................................ .......................................................................... .................... 5 IV. REPORTE DE PRACTICA .................................................... ........................................................................................ .................................... 12
A) METODO DEL ACETATO DE AMONIO ....................................................... ............................................................... ........ 12 4.1. MATERIALES Y EQUIPOS ................................................................................... ...................................... ............................................. 12 4.2. PROCEDIMIENTOS .................................................... ................................................................................................ ............................................ 13 4.3. CALCULOS Y RESULTADOS .................................................... ............................................................................... ........................... 13 4.4. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS RES ULTADOS ...................................... 14 4.5. CONCLUSIONES ................................................................................... .................. 14 4.6. DISCUSIONES ................................................................................................ .......... 14 4.7. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 15
V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................................ 16
VI. ANEXOS ............................................... ..................................................................................................... ........................................................................ .................. 17 6.1. CUESTIONARIO ................................................. ..................................................................................................... ...................................................... 17
6.2. PANEL DE FOTOGRAFIA ................................................. ..................................................................................... .................................... 26
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I. INTRODUCCION
Los componentes sólidos del suelo, inorgánicos (arcillas) y orgánicos (materia orgánica) poseen cargas negativas en su superficie, las cuales le permiten adsorber iones cargados positivamente (cationes) de la fase liquida del suelo. Este proceso es reversible, y la fase solida pude liberar al mismo tiempo otros iones hasta establecer un equilibrio entre la fase sólida y la fase liquida. La propiedad del suelo de poder intercambiar iones en la interface solido-liquido tiene grandes repercusiones en el compartimiento del suelo: Controla la disponibilidad de nutrientes para las plantas, K+, Ca+2, Mg+2, etc. Interviene en los procesos de floculación-dispersión de las arcillas y de por consiguiente en el desarrollo de la estructura y en la estabilidad de los agregados. Determina el rol del suelo como depurador natural al permitir la retención de elementos contaminantes incorporados al suelo. La Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) es definido como la suma total de los cationes intercambiables que un suelo pueda adsorber. La CIC de un suelo variara de horizonte a horizonte y en cada uno de ellos dependerá del contenido y tipo de minerales de arcilla y de los componentes orgánicos. La CIC es expresada en términos de moles de carga positiva adsorbida por unidad de masa. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (SI) es centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo cmol (+).kg-1de suelo; sin embargo, en la actualidad todavía se utiliza la expresión miliequivalentes por 100g. de suelo (me/100g).
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II. OBJETIVOS
Determinar, por un método adecuado, la capacidad de intercambio catiónico del suelo problema y compararlo con un suelo de características conocidas.
III. MARCO TEORICO
3.1) Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) Es la cantidad de cationes que el complejo de cambio puede intercambiar con la solución del suelo (predominante en suelos de regiones templadas). (Hang, 2012) Definiéndose como: “La Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) es una medida de
cantidad de cargas negativas presentes en las superficies de los minerales y componentes orgánicos del suelo (arcilla, materia orgánica o sustancias húmicas) y representa la cantidad de cationes que las superficies pueden retener (Ca, Mg, Na, K, NH4 etc.). Estos serán intercambiados por otros cationes o iones de hidrógeno presentes en la solución del suelo y liberados por las raíces.”(FAO, 2015)
Intercambio de cationes: Son procesos reversibles por los cuales las partículas sólidas del suelo, adsorben iones de la fase líquida liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes, estableciéndose el equilibrio entre ambos. Es un 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 El mecanismo de intercambio de cationes, consiste entre lo cationes adsorbidos sobre las superficies cargadas y los cationes de la solución del suelo. (Thompson, 2002)
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La capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) se expresa en miliequivalentes (meq) por cada 100 gr de suelo correspondiendo un meq. Al peso de 1mg. De hidrógeno. Así un suelo con una CIC de 15 meq/100gr. De suelo, indica que puede retener 15 mg de H o el peso equivalente de otro catión cada 100 gr. De suelo. Conviene determinar esta palabra equivalente; indica que otros iones también pueden ser expresados en términos de miliequivalente. Por ejemplo, consideremos al calcio (Ca), este elemento tiene un peso atómico de 40gr. en comparación del H que tiene sólo 1gr. Cada ión de Ca tiene 2 cargas y así es equivalente a 2 H. (Capacidad de intercambio catiónico.2015) Los valores de CIC son bajos en los lugares donde los suelos son muy meteorizados y tienen contenidos también bajos de materia orgánica. En los sitios donde el suelo es menos meteorizado, con niveles de materia orgánica a menudo altos, los valores de CIC pueden ser notablemente altos. Los suelos arcillosos con una alta CIC pueden retener una gran cantidad de cationes y prevenir la pérdida potencial por lixiviación (percolación). Los suelos arenosos, con baja CIC retienen cantidades más pequeñas de cationes. Esto hace que la época y las dosis de aplicación sean importantes consideraciones al planificar un programa de fertilización. Por ejemplo, no es muy aconsejable aplicar K en suelos muy arenosos en medio de la estación lluviosa cuando las precipitaciones pueden ser altas e intensas. Las aplicaciones de K se deben fraccionar (dividir) para prevenir pérdidas de lixiviación y erosión, especialmente en los trópicos húmedos. También es importante el fraccionar las aplicaciones de N para poder reducir notablemente las pérdidas por lixiviación y al mismo tiempo entregar este nutriente a las plantas en las épocas de mayor demanda. (Bosque natural.org.2015)
3.2) Origen de las propiedades de Intercambio catiónico La formación de carga de los intercambiadores del suelo puede tener dos orígenes: carga permanente o fija y carga variable o pH dependiente. En los minerales arcillosos predomina la carga fija o permanente, mientras que en los complejos húmicos, la variable o pH dependiente. (Práctica de Laboratorio de Edafología, 2017)
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3.2.1) Carga fija o permanente.
Es propio de las arcillas silicatadas del suelo. Se produce por sustitución isomórfica de: • Al3+ por Si4+ en tetraedros. • Mg2+ o Fe2+ por Al3+ en octaedros.
La consecuencia de la sustitución isomórfica es la generación de una carga fija negativa que se traslada a la superficie activa de las arcillas. Es por ello que la carga de los suelos es preferencialmente negativa y el intercambio es preferencialmente Intercambio de Cationes, llamado capacidad de intercambio catiónica (CIC). La superficie activa de las arcillas puede comprender, como en el grupo de las esmectitas, el espacio interior (ver capítulo de minerales), en estos casos este aumento de superficie se corresponde con un aumento de carga fija negativa y de la CIC. (Práctica de Laboratorio de Edafología, 2017)
Minerales 1:1, caolinitas, baja sustitución isomórfica por lo tanto baja carga negativa y baja CIC.
Minerales 2:1, illitas, alta sustitución isomórfica en tetraedros. Como el potasio, K+ , se fija entre paquetes neutralizando las cargas y cerrando el espacio interno; la CIC resultante es media. La CIC aumenta cuando se abren los espacios interiores por pérdida del K retenido.
Minerales 2:1, esmectitas, alta sustitución isomórfica en octaedros y alta superficie específica. Alta CIC.
Se presentan los valores promedios de CIC en algunos materiales inorgánicos, orgánicos de suelos: (Práctica de Laboratorio de Edafología, 2017)
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Figura N° 1: Efecto de la ganancia y pérdida de K+ entre láminas sobre la capacidad
Fuente: s.slideshare.net/edafoIPA/intercambio-ionico, 2017
3.3) Micela Denominada también complejo arcillo – húmico, son los coloides orgánicos (humus) e inorgánicos (arcillas e hidróxidos), que constituyen el complejo de cambio. Se le considera como un anión, cuyas superficies se encuentran cargadas negativamente. En el siguiente cuadro se presentan valores de la Capacidad de Intercambio Catiónico de algunos tipos de arcillas y del humus. Cuando en el Humus se forman las partículas llamadas micelas (conjunto de moléculas que constituyen el mecanismo por el cual el jabón solubiliza las moléculas insolubles en agua, como las grasas) la composición química es predominantemente carbón, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. Los iones de hidrógeno que residen en compuestos en la superficie de la micela se pueden desplazar por otros cationes tales como calcio, magnesio, potasio o sodio. Por definición química, el compuesto que contiene el hidrógeno desplazable es… por lo tanto un ácido húmico. (Lombricor sca. 2014)
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Figura N° 2: Capacidad de Intercambio Catiónico en los tipos de Arcillas y Humus
Fuente: http://amazoniaforestal.blogspot.pe, 2017
Conocer la capacidad de intercambio catiónico permite un adecuado manejo del suelo y una buena toma de decisiones. (Schargel W., R. y Delgado, F. 1990). El número total de cationes que puede retener el suelo depende de la cantidad de carga negativa que está presente, se le denomina capacidad de intercambio catiónico CIC. Mientras mayor sea la CIC. Más cationes puede retener el suelo. (Núñez J. 1993) Las plantas para que logren su desarrollo absorben nutrientes y minerales que obtienen de la composición del suelo, estos iones disueltos tienen una solubilidad determinada por la atracción electrostática de las moléculas del agua. Algunos de los nutrientes son el potasio y el calcio estos son cationes; y nitratos y fosfatos en forma de aniones. “Si estos iones disueltos
no son absorbidos inmediatamente por las raíces de las plantas o por los hongos, corren el riesgo de ser lavados fuera de la solución del suelo” (R.Gliessman, Stephen, 2002). Por lo cual se recurre al comportamiento del intercambio catiónico para descubrir las características que poseen nuestro suelo.
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La CIC nos ayudará a definir la habilidad de nuestros suelos para retener cationes, disponibilidad de nutrientes para la planta, pH, entre otros factores. Es por lo cual si un suelo posee un nivel bajo de CIC nos indica que hay una baja habilidad de retener nutrientes, es arenoso y pobre en materia orgánica. (R.Gliessman, Stephen, 2002) Las partículas que conforman la textura del suelo está conformado por cargas negativas, las cuales atraen iones positivos que son de tamaños pequeños y muy móviles. “La cantidad de sitios disponibles en las micelas para enlazar los iones positivos determina lo que se llama capacidad de intercambio catiónico del suelo […] Entre más alto sea el CIC
más capacidad tiene el suelo para retener e intercambiar cationes, previniendo de la lixiviación de nutrientes y per mitiendo a las plantas tener adecuada nutrición.”(R.Gliessman, Stephen, 2002) Se puede decir que el mecanismo de retener iones se le llama adsorción, ocurriendo en la superficie del suelo. También ocurre una absorción en la cual se retienen cationes en la parte inter-intralaminar. Es por lo cual muchos especialistas suelen llamar sorción al proceso de retención de cationes que ocurre en las arcillas. (Núñez Solís, Jorge. 2002) “El tipo de ión (catión) adsorbido por una arcilla dependerá de sus características. En
general los iones divalentes y trivalentes son más fuertemente atraídos que los iones monovalentes. Un segundo factor que influye en la adsorción selectiva se debe al radio iónico y al grado de hidratación consecuente del ión. […]. Un tercer factor es la concentración del ión en la solución del suelo” (Núñez Solís, Jorge. 2002) “La materia orgánica en forma de humus es varias veces más efectiva que la arcilla para
incrementar la CIC, ya que posee una superficie más extensa en cuanto a la relación área/volumen (por lo tanto más sitios de adsorción) y porque su naturaleza es coloidal”
(R.Gliessman, Stephen, 2002) Es por lo cual cuando se hacen prácticas agrícolas los contenidos de materia orgánica disminuyen en el suelo, siendo este de gran vitalidad para que se mantenga la fertilidad y el desarrollo del cultivo a tener. (R.Gliessman, Stephen, 2002)
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“Los iones negativos, que son importantes para el crecimiento y desarrollo de las plantas,
tales como los nitratos, fosfatos y sulfatos están comúnmente absorbidos a las micelas de las arcillas mediante los iones “puentes”. (R.Gliessman, Stephen, 2002)
Cuando el suelo se encuentra en un pH ácido, los puentes suelen asociarse con los iones hidrógenos con grupos funcionales hidroxilo. Esta acidez afecta a la retención de iones del suelo y en poco tiempo, la disponibilidad de nutrientes, siendo componentes de la fertilidad del suelo. (Porta, et al, 2003) “La CIC de los principales coloides del suelo evidencia grandes diferencias de unos a
otros debido al distinto origen de la carga y, para un mismo cambiador, la amplitud del intervalo de valores se debe a los múltiples factores que influyen en la aparición de la carga: tamaño de partículas, cristalinidad y tiempo de tratamiento.” (Porta, et al, 2003) El CIC al variar según el horizonte se encuentre en análisis, cada uno de ellos dependerá del tipo y contenido de los minerales de arcilla y componentes orgánicos que posee. “Dado que la carga negativa neta procede de cargas permanentes y de cargas variables, la
CIC depende del pH, lo que se hace notorio en aquellos horizontes con una proporción elevada de cargas variables.”(Porta, et al, 2003)
Se dice que cuando un suelo es ácido, el valor del CIC será menor si se determina al pH del suelo utilizando soluciones tamponadas de un mayor valor de pH. “Los cationes intercambiables proceden de la meteorización del material originario, de la
mineralización
de
materia
subterráneas.”(Porta, et al, 2003)
orgánica
y
de
aportes
externos
superficiales
y
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Figura N° 3: Visión esquemática del intercambio catiónico
Fuente: http://amazoniaforestal.blogspot.pe, 2017
Figura N° 4: Equilibrio entre los cationes intercambiables y la solución del suelo.
Fuente: Práctica de Laboratorio de Edafología. CIC, 2017
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Figura N° 5: Influencia de diferencias catiónicas (valencias y tamaño del ión hidratado) en el desplazamiento de iones.
Fuente: https://es.slideshare.net, 2017
Figura N°6: Variación de cargas con el pH
Fuente: es.slideshare.net, 2017
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Los suelos constituyen la fuente de nutrición de las plantas terrestres, la cual depende de la presencia de partículas de arcilla. Los cationes potasio (K +), magnesio (Mg2+) y calcio (Ca2+) están cargados positivamente y son atraídos por las cargas negativas de las partículas de arcilla. Para que los cationes puedan ser absorbidos por las raíces de las plantas, debe ocurrir un intercambio catiónico, lo que se logra con protones (H+) presentes en las olución del suelo producto de la ionización del ácido carbónico y del bombeado por las raíces. . Los protones se unen entonces a las partículas de arcilla y seliberan los cationes (K +), (Mg2+) y (Ca2+) a la solución del suelo quedando disponibles para la absorción por las raíces. Vamos a mostrar un ejemplo de lo que ocurre con el catión potasio (K +) y los protones (H+), que provienen de las raíces o del ácido carbónico (H2CO3). (Puza, 2012)
Figura N° 7: Intercambio catiónico en la raíz de una planta
Fuente: es.scribd.com/document/142890756/CAPACIDAD-DE-INTERCAMBIOCATIONICO, 2017
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IV. REPORTE DE PRÁCTICA A) METODO DEL ACETATO DE AMONIO
4.1. MATERIALES Y EQUIPOS
Acetato de Amonio 1N, pH 7.0.
Alcohol metílico.
Ácido clorhídrico 0.1 N.
Hidróxido de sodio 0.1 N.
Solución de KCl 1N
Formaldehido
Fenolftaleína
Vasos de 200 mL.
Pipeta graduada de 25 mL.
Buretas de 25 mL.
Embudos de tallo largo.
Papel filtro.
Balanza.
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4.2. PROCEDIMIENTOS a) Se pesaron 2.5g de muestra de suelo, que se colocaron dentro de un embudo con papel filtro preparado. b) Se procedió en agregar 50 ml de agua de a pocos a la muestra, luego se lavó con acetato de amonio 1N pH 7.0, completando 50 ml, con ayuda de una probeta. c) Lavar el suelo con 25 ml de alcohol etílico para eliminar el exceso de amonio y agregar KCl 0.1N para eliminar todo el ion amonio del sitio de cambio (Recepción en recipiente limpio). d) Del filtrado final tomar 25 mL e) Agregar 3mL de Formaldehido al 37% más 2 a 3 gotas de Fenolftaleína. f) Titular el ácido con NaOH 0.02N.
4.3. CALCULOS Y RESULTADOS Peso del suelo: 2.5 g Gato de Na(OH) 0.02N: 2ml × . = .
. − − − − − . − − − − − :
= .
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4.4. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS
El resultado obtenido en cálculos corresponde a una baja capacidad catiónica.
4.5. CONCLUSIONES
Se deduce por esta propiedad química del suelo que la cantidad total de cargas negativas que están disponibles en nuestra muestra es baja. También se puede definir que el número total de cationes intercambiables capaz de retener (cantidad total de carga negativa) es muy poca.
Esto también nos da a conocer que la Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) de la muestra estudiada determina la baja retención e intercambiabilidad de los nutrientes en el metabolismo de las plantas y microorganismos. Es decir, poco fértil.
4.6. DISCUSIONES
De acuerdo a la CIC (3.2 meq/100 gr) obtenida en práctica y la textura de la muestra (Franco arenoso) no coincide con los valores correctos establecidos en el rango de CIC ya que para dicho tipo de textura corresponde de 5 -10 meq/100 gr.
Esto se debe posiblemente, según artículos e informes estudiados, que el Acetato de amonio pH 7 presenta varias dificultades debido a que el NH4- puede incrementar la carga variable de los suelos ácidos y por tanto aumenta su CIC o, en el caso de los suelos con presencia de carbonatos, disuelve estos con lo cual, se sobrestiman los valores de las bases cambiables.
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Por lo expuesto anteriormente, se discute la posible presencia de carbonatos en nuestra muestra explicando la baja CIC obtenida.
El Acetato de Amonio pH 7, presenta varias dificultades debido a que el NH4-, puede formar complejos de superficie de esfera interna con las arcillas 2:1, lo cual ocasiona imprecisión en los resultados. En segundo lugar, incrementa la carga variable de los suelos ácidos y por tanto aumenta su CIC. Por otro lado, en los suelos con presencia de carbonatos, disuelve estos con lo cual, se sobrestiman los valores de las bases cambiables. El Acetato de sodio a pH 8,2 también presenta estos inconvenientes (Bosque natural.org.2015); Esto hace que nuestro trabajo en laboratorio se cuestione ya que como menciona este autor el NH4 hace que incremente la carga.
4.7. RECOMENDACIONES
Actualmente existen diferentes metodologías para el cálculo de CIC de un suelo. De acuerdo a las variables de la determinación de CIC (composición de solución, concentración de solución intermicelar, selectividad de complejo de cambio) se puede escoger el método más eficiente y garantizar la obtención real de CIC.
Tener cuidado al momento de lavar el suelo ya que el exceso hace que se pierdan los cationes.
La titulación debe realizarse con sumo cuidado ya que un error en ella se propagará y el resultado de la CIC podría no ser la real
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V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Stephen R. Gliessman. (2002). Agroecología: procesos ecológicos en agricultura sostenible. Costa Rica: LITOCAT.
FAO. (2015). Propiedades Químicas. 01/11/2015, de FAO Sitio web: http://www.fao.org/soils-portal/levantamiento-de-suelos/propiedades-delsuelo/propiedades-quimicas/es/
Jaime Porta Casanellas. (2003). Edafología para la agricultura y el medio ambiente. Madrid: Mundi-Prensa Libros.
Schargel W., R. y Delgado, F. 1990. Características y manejo de los suelos utilizados en la producción de carne en Venezuela. In Plasse, D., Peña de Borsotti, N., eds. VI Cursillo sobre Bovinos de Carne. FCV-UCV, Maracay.
Núñez J. 1993. Fundamentos de edafología. Editorial EUED. Costa Rica Bosque natural.org. 2015. Capacidad de intercambio catiónico. Recuperado de http://amazoniaforestal.blogspot.pe/2011/10/capacidad-de-intercambio-cationicodel.html
Velázquez y Figueroa (2015). Capacidad de Intercambio catiónico. Edafología, Universidad
Científica
del
Sur.
Recuperado
de:
https://es.scribd.com/document/352637157/INFORME-8-CIC
Hang, Susan (2012). Capacidad de Intercambio catiónica (CI), parte I. Recuperado de: http://blog.ucc.edu.ar/edafologia/files/2013/08/CIC-2012.pdf .
Alva et al, 2017. Práctica de Laboratorio de Edafología: Capacidad de Intercambio catiónico.
Recuperado
de:
file:///C:/Users/Usuario/Downloads/318686219-
Capacidad-de-Intercambio-Cationico-Edafologia.pdf
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L. M. Thompson, F. R. Troeh. Los Suelos y su Fertilidad 4aed. Editorial Reverte S. A. Barcelona - España 2002. Recuperado de: http://repositorio.unsa.edu.pe/bitstream/handle/UNSA/3274/QUroalra.pdf?sequence =1&isAllowed=y
Puza Gloria (2012). Capacidad de Intercambio catiónico CIC. Recuperado de: https://es.scribd.com/document/142890756/CAPACIDAD-DE-INTERCAMBIOCATIONICO
VI. ANEXOS 6.1. CUESTIONARIO a) Explique brevemente las fuentes de carga eléctrica en el suelo.
El origen de las cargas en el suelo, como antes se explicó, se debe a: - Sustitución iónica en los minerales arcillosos (Cargas negativas). Se puede dar dos casos: por bordes de los cristales expuestos, es decir las superficies externas de los minerales tienen expuestos grupos oxidrilos que actúan como lugares de cambio. El H de estos radicales OH se separan ligeramente y la superficie coloidal de la izquierda queda con una carga negativa, llevada por el O. El segundo origen de cargas negativas es la sustitución de un átomo por otro dentro de la red cristalina. - Los óxidos e hidróxidos de Si, Fe y Al (Cargas negativas). - La materia orgánica (Cargas negativas). Por lo que los suelos con un alto contenido de materia orgánica presentan por lo general una C.I.C. mayor que la de los suelos con un bajo contenido de materia orgánica. Por otro lado, el pH del suelo afecta a la C.I.C. ya que los suelos altamente ácidos retienen un alto porcentaje de iones hidrógeno, mientras que los
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suelos que poseen un pH favorable de 6 a 8 (neutro) tienen un alto porcentaje de iones calcio retenido. La textura del suelo (concentración de arcillas) también afecta a la C.I.C. Así, los suelos arcillosos o tronco arcillosos muestran valores altos y deseables de C.I.C. Pero de nuevo, la materia orgánica juega un papel vital en la textura del suelo. (Academia, 2014)
b) ¿Cómo se generan las cargas en el coloide orgánico?
Las cargas eléctricas pueden ser positivas y negativas y en correspondencia con ellas se produce respectivamente la capacidad de intercambio aniónica y catiónica. Ésta última es la que domina en los suelos, ya que las arcillas y el humus que son los coloides más difundidos en los suelos, presentan cargas negativas; sin embargo, los óxidos e hidróxidos de fierro y aluminio que se forman en los suelos ácidos de regiones tropicales, tienen cargas positivas, por consiguiente, desarrollan la capacidad de intercambio aniónico. Las arenas y limos no presentan cargas eléctricas, lo cual reafirma su naturaleza rocosa, como ya se dijo anteriormente; en contraste, la arcilla de menor tamaño, presentan cargas eléctricas negativas, por consiguiente, atraen iones de carga positiva, indicio de que las arcillas han dejado de ser rocas, para transformarse en coloide mineral y como tal favorece la formación de agregados en el suelo. El origen de las cargas eléctricas de los coloides del suelo, son diferentes, dada que su naturaleza es diferente también. Así, en las arcillas coloidales de origen mineral, las cargas eléctricas negativas, se generan en el momento de la formación del mineral arcilloso, proceso que se conoce como sustitución isomórfica, la cual se muestra en la imagen que siguiente.
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Figura N° 8: Origen de la carga negativa de la arcilla del suelo
Fuente: (blogspot, 2013)
c) ¿Qué relación guarda la textura del suelo con la Capacidad de Intercambio Catiónico?
La textura en otras palabras se refiere al tamaño de las partículas del suelo; entre más pequeñas sean estas partículas, hay más superficie expuesta y por ende mayor capacidad de intercambio catiónico. Las arcillas son partículas más pequeñas con carga negativa que atraen a los cationes (sodio, calcio, magnesio, potasio). Las arenas son partículas más grandes con muy baja CIC, pues tienen poca superficie específica. Asimismo, un suelo con buena cantidad de Materia Orgánica tiene también una alta Capacidad de Intercambio Catiónico y de allí su fertilidad. (Intagri, 2016)
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d) ¿Qué es sustitución isomórfica y cómo influye en la Capacidad de Intercambio Catiónico del suelo?
La sustitución isomórfica se trata del desplazamiento de sílice por un elemento de un diámetro ligeramente superior (aluminio) al momento de la formación del tetraedro. La sustitución isomórfica influye en la capacidad de intercambio catiónico mediante la formación de cargas y como la sustitución isomórfica no es afectada por el PH, como en la ionización, entonces se dice que la SI provee cargas permanentes por lo tanto es más estable.
e) Defina y explique la carga dependiente del pH.
En cierto tipo de suelos, si se determina la carga superficial a distintos valores de pH, midiendo la adsorción de un catión y de un anión determinados, generalmente Na+ y C1-, se encuentra que al pasar de pH ácido a alcalino la adsorción del anión tiende a cero mientras que la del catión aumenta a medida que el pH se hace más alcalino. La carga positiva desarrollada a pH bajo (ácido) y el exceso de carga negativa desarrollada a pH alto (alcalino) se llama carga dependiente del pH. Normalmente los suelos que presentan carga dependiente del pH, también presentan carga dependiente de la concentración de electrolito y por ello se habla de carga dependiente del pH y de la concentración de electrolito. La carga dependiente del pH se origina por ganancia o pérdida de H+ de los grupos funcionales sobre las superficies de los sólidos del suelo. Los grupos funcionales incluyen hidróxidos [-OH) carboxilos [-COOH) fenoles [-C6H40H) y aminas [-NH2). La carga que se desarrolla a partir de estos grupos funcionales depende principalmente del pH de la solución, el cual regula el grado de protonación o desprotonación del grupo funcional. Entre los sólidos del suelo capaces de generar carga dependiente del pH están los silicatos laminares, los óxidos e hidróxidos, el alofán y la materia orgánica. La pérdida o ganancia de iones H+ puede ocurrir por: ionización de los grupos silanol y aluminol, desprotonación o protonación de las superficies de los óxidos e hidróxidos de Fe y
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Al, la presencia de alofán, imogolita y para-alofán, y por la desprotonación de grupos orgánicos. La carga total del suelo es la suma algebraica de sus cargas positivas y negativas. La contribución relativa de la carga permanente y de la carga dependiente del pH depende de la composición del coloide y del ambiente iónico en el cual se formó el suelo. La caolinita tiene carga dependiente del pH en los bordes cristalinos, la que se generaría por protonación o desprotonación de los grupos aluminol (-AlOH) y silanol (-SiOH) superficiales. Para caracterizar la acidez de dichos grupos, Jackson citado por Bohn et al (1979), asignó valores de pKa de 5,0 al grupo Al (OH2), de 7,0 al grupo (A1-OH-Si)+0,5, y 9,5 al grupo SiOH. Dado el alto valor del pKa de los grupos SiOH, las variaciones en la carga dependiente del pH en los silicatos laminares están más asociados con la protonación y desprotonación reversibles de los grupos AlOH expuestos. Los ácidos débiles están disociados en un 50% cuando el pH del medio es igual a sus pKa. Así, en el caso del grupo silanol con un pKa de 9,5, estaría disociado en un 50 % a pH 9,5; por lo tanto, su contribución a la carga negativa del suelo es mínima dentro del rango de pH normal en los suelos agrícolas. Los iones hidroxilo expuestos sobre las superficies planares de los minerales también se caracterizan por los altos valores de PKa y contribuyen a la carga dependiente del pH solamente a pH muy alto. La contribución de los grupos OH de los bordes a la carga dependiente del pH se relaciona tanto con la acidez de los grupos de los bordes como con el área superficial de los bordes. En los minerales tipo 2:1, tales como la montmorillonita, los grupos funcionales son débilmente acídicos y se disocian solamente a pH alto. Además, la cantidad de superficie en los bordes de los minerales 2:1 es pequeña respecto de la superficie basal (planar). Las dimensiones de las partículas en el plano horizontal (a-b) son 10 a 20 veces mayores que las dimensiones en el plano vertical (c). Por otro lado, la caolinita tiende a apilarse en la dirección c, aumentando el área relativa de los bordes en relación con el área planar basal. Por lo tanto, la carga
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dependiente del pH es más importante para la caolinita que para las esmectitas o vermiculitas. Como regla sólo un 5 a 10% de la carga negativa sobre los silicatos laminares es dependiente del pH, mientras que un 50% o más de la carga desarrollada en las arcillas y minerales 1:1 pueden ser dependientes del pH. Los suelos altamente meteorizados, ricos en óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio, tienen cargas dependientes del pH. Estos materiales están como recubrimientos y entre las láminas de las arcillas minerales cristalinas. Al exponerse a la humedad sus superficies se hidroxilan. Las cargas se desarrollan sobre estas superficies hidroxiladas ya sea por disociación anfotérica de los grupos hidroxilo superficiales o por adsorción de iones H+ u OH-. (Amazoniaforestal, 2011)
f) ¿En qué suelo ocurre el intercambio aniónico? ¿Bajo qué condiciones?
En el fenómeno de intercambio, existen fuerzas electroestáticas, como de adsorción. Las cargas para los cambios de aniones se originan por la adición de protones a la superficie de grupos del tipo de (Al, Fe)-OH. El fenómeno se ilustra mediante la siguiente reacción, en suelos ácidos altamente meteorizados: (Al, Fe) - OH- + H+ Protonado = (Al, Fe) OH2 + Anión Los hidroxilos toman átomos de hidrógeno (protones) o son protonados. Los aniones retenidos son intercambiables. Para la existencia de estas cargas, el suelo debe ser fuertemente ácido en el caso de minerales cristalinos; en suelos con alto contenido de alofan, sesquióxidos la adsorción se vuelve importante, aún en valores menos ácidos. Suelos con coloides cargados positivamente, adsorben aniones como nitratos y cloruros mientras que el calcio, magnesio y el potasio son susceptibles para el lavaje.
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g) Una muestra de 50 g de suelo se satura con 0.15 g de Ca++ ¿Cuál es la CIC del suelo?
a) eq= 40/2= 2g meq=2 mg b) meq= (150mg * 1meq) /20mg eq= 7.5 meq c) meq = (100g * 7.5 meq) /50g eq= 15 meq La CIC del suelo es 15 meq
h) Se tienen dos suelos de textura semejante, uno proveniente de costa y la otra de selva ¿esperaría Ud. que presentaran CIC diferente? ¿Por qué?
No, la textura solo me da una idea de la cantidad de arena, limo y arcilla que tiene el suelo en estudio, pero no me dice que clase de arcilla poseedor eso no puedo considerar que suelo de costa y selva de texturas semejantes tengan igual CIC. El CIC de la costa es mayor por las bajas precipitaciones y porque la sustitución isomórfica tiene más tiempo de sobrevivencia en esta zona. En cambio, en la selva se da todo lo contrario, estos suelos presentan un CIC muy bajo. Por las altas precipitaciones estos suelos están en constante lavaje y los nutrientes como k, Mg, Ca etc. son susceptibles a este lavaje se pierden en capas inferiores (material eluviado).
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i) Complete el siguiente cuadro:
COLOIDE
ESTRUCTURA
LUGAR DONDE SE
CRISTALINA
GENERA LA SUSTITUCION
cmol (+).kg-1 COLOIDE
ISOMORFICA Caolinita
1:1
Capa Octaédrica
3-15
Montmorillonita
2:1
Capa tetraédrica
80-120
Vermiculita
2:1
Capa tetraédrica
100 – 150
Illita
2:1
Capa tetraédrica
20-50
Clorita
2:2
Capa Octaédrica
10-40
Humus (M.O.)
MO
Capa Octaédrica
100-3000
j) En el análisis se un suelo del Valle de Pativilca se obtiene una CIC de 13.8 meq/100g ocupados por: Ca = 12.0, Mg =1.3, K = 0.24 y Na =0.2 meq/100g respectivamente. Exprese estos cationes cambiables en Kg/Ha del elemento. Peso ha = 2000 TM
Ca: 40g Peso Atómico 12me Ca………100g 12(40) mg……...100g
480mg………100g 480g……1000kg 480kg…..100T 9600kg…….2000T 9600kg Ca/ha
Mg: 2.4.3g Peso Atómico
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1.3me Mg…….100g
1.3(24.3) mg……100g 31.59mg…….100g
31.59g….1000kg 31.29kg….100T 625.8kg…2000T
625.8kg Mg/ha
K: 39.1g Peso Atómico 0.24me K……100g 0.24(39.1) mg……100g 9.384mg…..100g 9.384g…..1000kg 9.384kg……100T 187.68kg…..2000T
187.68kg K/ha
Na: 22.9g Peso Atómico 0.2me Na…..100g
0.2(22.9) mg….100g 4.58mg….100g 4.58g…..1000kg 4.58kg……100T 91.6kg….2000T
91.6kg Na/ha
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6.2) PANEL DE FOTOGRAFIA Figura N° 9: Alcohol
Fuente: Propia, 2017
Figura N° 10: Cloruro de Potasio (ClK)
Fuente: Propia, 2017
Figura N° 11: Fenolftaleína
Fuente: Propia, 2017
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Figura N° 12: Formaldehido
Fuente: Propia, 2017
Figura N° 13: Muestra en el embudo
Fuente: Propia, 2017
Figura N° 14: Agregando agua
Fuente: Propia, 2017
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Figura N° 15: Agregando acetato de amonio (C2H7 NO2)
Fuente: Propia, 2017
Figura N° 16: Agregando alcohol metílico
Fuente: Propia, 2017
Figura N° 17: Agregando KCl
Fuente: Propia, 2017
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Figura N° 18: Tomando 25 mL del filtrado
Fuente: Propia, 2017
Figura N° 19: Agregando formaldehido
Fuente: Propia, 2017
Figura N° 20: Agregando unas gotas de fenolftaleína
Fuente: Propia, 2017
