Química e Mineralogia do Solo

Prévia do material em texto

Química e Mineralogia do Solo 
 
1) Por que os ânions possuem raio iônico bem maiores do que os cátions? Isso tem 
alguma importância para entendermos a composição química dos minerais? 
Os ânions possuem raios iônicos maiores porque ganham elétrons extras que se 
dispersam, enquanto os cátions têm raios iônicos menores porque perdem elétrons, o que faz 
com que os elétrons restantes se aproximem mais do núcleo. Isso é fundamental para entender 
a composição química dos minerais, pois afeta a maneira como os íons são arranjados nas 
estruturas cristalinas dos mesmos. Os minerais são compostos químicos formados por átomos 
e íons, e o tamanho dos íons influencia como eles se encaixam na estrutura mineral. Uma 
discrepância de tamanho entre cátions e ânions pode impactar a estrutura cristalina do 
mineral, bem como suas propriedades físicas e químicas. 
 
2) Faça uma revisão sobre as ligações químicas. Quais as diferenças entre ligação iônica 
e a covalente? Quais outros tipos de ligações químicas além da mencionadas? 
A ligação química é uma força atrativa que mantém átomos, íons ou moléculas unidas 
para formar compostos químicos. Essas interações ocorrem porque os átomos buscam atingir 
uma configuração eletrônica mais estável, preenchendo suas camadas de elétrons externos de 
acordo com o princípio da regra do octeto. A regra do octeto é uma regra fundamental em 
química que descreve a tendência dos átomos de elementos químicos para ganhar, perder ou 
compartilhar elétrons para alcançar uma configuração eletrônica estável, na qual eles têm oito 
elétrons na camada de valência (a camada mais externa). 
Ligação iônica: Ocorre entre átomos com diferenças importantes na eletronegatividade 
(afinidade por elétrons). Envolve uma transferência de elétrons de um átomo (geralmente 
metálico) para outro (geralmente não metálico). Forma íons positivos (cátions) e íons 
negativos (ânions) que se atraem mutuamente devido às cargas opostas. 
Ligação covalente: Ocorre entre átomos com eletronegatividade semelhantes. Envolve 
o compartilhamento de pares de elétrons entre átomos para que ambos alcancem uma 
configuração eletrônica estável. Pode ser simples (um par de elétrons compartilhados), dupla 
(dois pares de elétrons compartilhados). 
Ligação metálica: Ocorre em metais, onde os elétrons são compartilhados por uma 
“nuvem” de elétrons móveis, proporcionando condutividade elétrica e ductilidade aos metais. 
Ligas metálicas são uniões de dois ou mais metais, podendo ainda incluir semimetais ou não-
metais, mas sempre com predominância dos elementos metálicos. 
Além das ligações iônicas, covalentes e metálicas, existem outras ligações químicas 
menos comuns, mas igualmente importantes em contextos específicos. Algumas dessas 
ligações incluem: Ligação coordenativa ou dativa, Ligação de hidrogênio, Ligação de Van der 
Waals. 
 
3) Explique o princípio da coordenação e descreva a importância do raio iônico para o 
seu entendimento. 
O princípio da coordenação é como os íons (átomos carregados) se organizam em 
sólidos, como minerais. É como se eles se encaixassem em uma estrutura tridimensional, 
como peças de um quebra-cabeça. A importância do raio iônico nesse processo é que ele nos 
diz o tamanho dos íons. Alguns íons são grandes, outros são pequenos. Para formar uma 
estrutura sólida estável, os íons precisam ser encaixados de maneira adequada. Se os íons 
forem muito diferentes em tamanho, a estrutura pode ficar instável. 
 
4) Você acha que o conhecimento da composição química das rochas pode ter alguma 
aplicação na agricultura moderna? O que pode ser extraído dos minerais das rochas 
para a nutrição das plantas? 
Sim, o conhecimento da composição química das rochas tem aplicações significativas 
na agricultura moderna. Os minerais encontrados nas rochas podem fornecer nutrientes 
essenciais para o crescimento das plantas. Rochas ricas em minerais como fosfato, potássio, 
cálcio e magnésio podem ser moídas e transformadas em fertilizantes minerais. Esses 
fertilizantes fornecem nutrientes para as plantas, ajudando a melhorar a produtividade e a 
qualidade dos cultivos. 
 
5) Por meio de reações de hidrólise o pH de uma solução pode ser modificado sem que se 
adicione à mesma um ácido ou uma base e sim um sal derivado de ácido ou base fraca. 
Qual o pH de uma solução de NaHCO3 a 0,5 mol L-1. Dado: Kh=Kw/Ka, KaH2CO3 = 
4,5x10-7. 
 
 
6) Nos solos alcalinos (pH > 7,0) há uma deficiência na disponibilidade de fósforo devido 
a formação de fosfato de cálcio que é insolúvel e não aproveitável para as plantas, 
conforme a reação abaixo. 
 
𝟑𝑪𝒂(𝒂𝒒)
𝟐+ + 𝟐𝑷𝑶(𝒂𝒒)
𝟑− ⇌ 𝑪𝒂𝟑(𝑷𝑶𝟒)𝟐(𝒔) 
 
Quais estratégias podem ser utilizadas para superar essa limitação e melhorar a 
disponibilidade de fósforo para as plantas? 
Para superar a limitação e melhorar a disponibilidade de fósforo para as plantas em 
solos alcalinos, várias estratégias podem ser empregadas. A introdução de ácidos orgânicos ou 
inorgânicos, como ácido cítrico, ácido húmico ou ácido fosfórico, pode reduzir o pH do solo, 
tornando o fósforo mais acessível para as plantas. A aplicação de fertilizantes que contém 
fosfato solúvel, como superfosfato simples ou superfosfato triplo, fornece fósforo disponível 
diretamente para as plantas, independentemente do pH do solo. 
Além disso, certas bactérias e fungos têm capacidade de solubilizar fosfatos no solo, 
convertendo-os em formas solúveis para as plantas. Inoculantes contendo esses 
microrganismos podem ser aplicados para aprimorar a disponibilidade de fósforo no solo. 
A implementação de um sistema de rotação de culturas que inclui plantas mais 
eficientes na absorção de fósforos em solos alcalinos, seguidas por culturas de alto valor que 
exigem maior quantidade de fósforos. Isso pode contribuir significativamente para melhorar a 
disponibilidade de nutrientes no solo ao longo do tempo, otimizando o uso dos fósforos 
disponíveis. 
 
7) Qual importância das frações grosseiras do solo para ambientes tropicais? 
As frações grosseiras do solo, como areia e cascalho, desempenham funções 
importantes em ambientes tropicais e em qualquer tipo de solo. Essas frações podem conter 
minerais que trazem benefícios para a fertilidade do solo, liberando gradualmente nutrientes 
essenciais para as plantas. Permitem que as raízes cresçam e tenham acesso a oxigênio, 
nutrientes e água. Além disso, evitam a erosão, mantendo uma estrutura do solo estável e 
impedindo que seja lavado pela chuva intensa. Essas frações também aumentam a capacidade 
de drenagem do solo, principalmente em ambientes tropicais, onde as chuvas podem ser 
intensas e frequentes. 
 
8) Quais são os minerais de argila filossilicatados, mais importantes nos solos? 
Os minerais de argila filossilicatados mais importantes nos solos podem ser 
classificados em dois grupos principais com base em sua estrutura: 
Minerais de Argila 1:1 – Caulinita: é um exemplo de mineral de argila 1:1. Nesse tipo 
de mineral, cada camada da estrutura consiste em uma camada de silicato e uma camada de 
alumínio-octaedro, ligadas por oxigênio. Ela é caracterizada por sua estrutura em camadas de 
silicato de alumínio e é relativamente menos expansiva e menos reativa do que os minerais 
2:1. A caulinita retém água e nutrientes de forma menos eficaz do que a montmorilonita e a 
ilita, mas desempenha um papel importante na textura do solo e na capacidade de retenção de 
água. 
Minerais de Argila 2:1 - Montmorilonita e Illita: são exemplos de minerais de argila 
2:1. Nesse tipo de mineral, cada camada da estrutura consiste em duas camadas de silicato e 
uma camada de alumínio-octaedro, ligadas por oxigênio. As estruturas 2:1 possuem maior 
capacidade de expansão e retenção de água em comparação com os minerais 1:1. A 
montmorilonita, em particular, é conhecida por sua alta capacidade de expansão e retenção de 
água, enquanto a ilita é aquecidaem termos de expansão e retenção de água. 
 
9) Qual a diferença entre lâmina tetraedral e octaedral? 
Uma lâmina tetraédrica é composta por uma camada de tetraedros de silício-oxigênio 
(SiO4). Cada tetraedro é formado por um átomo de silício central ligado a quatro átomos de 
oxigênio, criando assim uma estrutura em forma de pirâmide. Essas lâminas têm uma carga 
elétrica líquida negativa devido à ligação covalente entre o silício e o oxigênio, o que torna 
eletricamente benéfico. Minerais de argila que apresentam lâminas tetraédricas incluem a 
caulinita. Na caulinita, as lâminas tetraédricas estão interligadas com lâminas octaédricas para 
formar sua estrutura cristalina. 
Uma lâmina octaédrica é composta por uma camada de octaedros, geralmente de 
alumínio-oxigênio (AlO6). Cada octaedro é formado por um átomo de alumínio central ligado 
a seis átomos de oxigênio, o que cria uma estrutura em forma de octaedro. Essas lâminas têm 
capacidade de ter uma carga elétrica líquida negativa, positiva ou neutra, dependendo da 
substituição iônica que ocorre em sua estrutura. Isso significa que as lâminas octaédricas têm 
maior potencial para a troca de cátions (íons positivos) em comparação com as lâminas 
tetraédricas. Exemplos de minerais de argila que possuem lâminas octaédricas incluem a 
montmorilonita e a ilita. Esses minerais de argila têm camadas octaédricas empilhadas 
juntamente com camadas tetraédricas, ou então, camadas têm octaédricas intercaladas entre 
camadas tetraédricas e octaédricas. 
 
10) O que diferencia minerais silicatados dos não silicatados? 
Minerais silicatados e minerais não silicatados são dois grupos distintos de minerais 
com base em sua composição química e estrutura. A principal diferença entre eles está na 
presença ou ausência do grupo silicato (SiO4) em sua composição. 
Minerais Silicatados: são compostos principalmente por silício (Si) e oxigênio (O), 
juntamente com outros elementos como alumínio (Al), ferro (Fe), magnésio (Mg), potássio 
(K), sódio (Na) e cálcio (Ca). ). A unidade básica da estrutura dos minerais silicatados é o 
tetraedro de silicato (SiO4), no qual um átomo de silício é cercado por quatro átomos de 
oxigênio. Esses tetraedros de silicato formam a base da estrutura dos minerais silicatados, que 
podem variar em complexidade e organização, resultando em diferentes classes de minerais 
silicatados. Exemplos de minerais silicatados incluem os quartzos, feldspatos, os piroxênios, 
os anfibólios e as micas. 
Minerais Não Silicatados: não contêm o grupo silicato (SiO4) em sua composição. Em 
vez disso, eles são compostos por outros elementos químicos, como carbono (C), enxofre (S), 
oxigênio (O) e outros. Por exemplo, a calcita (CaCO3) é um mineral não silicatado composto 
principalmente por cálcio, carbono e oxigênio. Outros exemplos incluem a halita (NaCl), que 
é o cloreto de sódio, e a pirita (FeS2), que é o sulfeto de ferro. Os minerais não silicatados 
possuem estruturas cristalinas específicas, determinadas pela composição química de cada 
mineral. 
 
11) Descreva sinteticamente as características e estrutura dos filossilicatos. 
Os filossilicatos são os minerais que predominam na fração argila dos solos e 
apresentam estruturas formadas pela sobreposição de lâminas de tetraedros de silício, 
formando camadas que podem se empilhar sucessivamente, como nas folhas de um livro. O 
empilhamento dessas camadas, que é variável, e a extensão do empilhamento determinam o 
tamanho do cristal e o tipo de mineral que é formado. Os principais minerais desse grupo são 
as micas, a caulinita, as esmectitas, a vermiculita, a ilita e a clorita. 
 
12) Quais os tipos de filossilicatos 2:1 que existem? 
Mica, Muscovita, Ilita, Vermiculita, Esmectita, Clorita e Biotita. 
 
13) Quais elementos, particularmente, podem formar óxidos, hidróxidos ou 
oxhidróxidos estáveis em solos intemperizados? Por que? 
Os elementos que podem formar óxidos, hidróxidos ou oxihidróxidos provenientes de 
solos intemperizados incluem principalmente elementos metálicos, como ferro (Fe), alumínio 
(Al), manganês (Mn), titânio (Ti) e silício (Si). A formação desses compostos provenientes de 
solos intemperizados ocorre devido a processos de intemperismo químico, que envolvem a 
alteração química das rochas e minerais primários. Em ambientes intemperizados, o oxigênio 
e a água desempenham um papel importante na oxidação dos elementos metálicos presentes 
nas rochas, levando à formação de óxidos e hidróxidos. 
 
14) Que hipóteses podem explicar o gráfico abaixo? 
 
 
Existem várias situações que podem ser consideradas para explicar o comportamento 
observado nos gráficos da distribição da caulinita e da vermiculita com hidroxi entrecamadas 
(VHE) no perfil do solo. Algumas das hipótese são: 
1. Os processos de intemperismo, como a alteração química e física das rochas, afetam 
a distribuição dos minerais no solo. A formação da caulinita pode ser favorecida em condições 
de intemperismo em camadas superficiais, enquanto a VHE pode se formar nas camadas mais 
profundas. 
2. O transporte de minerais não só pode explicar a distribuição. Por exemplo, a 
caulinita pode ser transportada mais facilmente para as camadas mais superficiais por 
processos de erosão, enquanto a VHE pode ser transportada e depositada em camadas mais 
profundas. 
3. As variações na quantidade de chuva e na variação do solo podem influenciar a 
distribuição dos minerais. A VHE, por ser um mineral que retém água, pode ser mais comum 
em camadas mais profundas, onde a água é retida por mais tempo. 
 
15) Qual a importância das superfícies reativas dos minerais (em termos de processos 
nos sistemas naturais)? Quais as características reativas das superfícies do solo? 
As superfícies reativas dos minerais desempenham um papel crucial nos sistemas 
naturais, especialmente nos solos, devido à sua capacidade de retenção de nutrientes 
essenciais para as plantas, troca iônica com cargas superficiais, retenção de água no solo. 
As características reativas das superfícies do solo incluem área superficial, carga 
superficial, troca iônica, capacidade de adsorção de água e adsorção de nutrientes, afetando a 
fertilidade do solo e a dinâmica ambiental.