Quimica do Solo - 2016-2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – CCEN 
Disciplina: Química Ambiental 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Profa Ilda A. S. Toscano 
DEFINIÇÃO 
COMPOSIÇÃO 
CLASSIFICAÇÃO 
PROPRIEDADES 
USOS DOS SOLOS 
POLUIÇÃO 
RESÍDUOS SÓLIDOS 
REMEDIAÇÃO 
Profª Ilda Toscano Página 2 
 
DEFINIÇÃO 
SOLO É: 
 um corpo de material inconsolidado, que 
recobre a superfície emersa terrestre 
entre a litosfera e a atmosfera 
 Material biogeoquímico complexo que 
forma uma interface entre a crosta 
terrestre e a atmosfera. 
 Difere nas propriedades físicas, químicas e 
biológicas das rochas de sua origem 
 Matriz de partículas minerais e material 
orgânico, microrganismos, animais do solo 
e raízes de plantas 
 Reservatório, filtro e bioreator para 
contaminantes 
 
 produto do intemperismo sobre um 
material de origem, cuja transformação 
para solo se desenvolve em um 
determinado relevo, clima, bioma e ao 
longo de um tempo 
 
 Solos estão constantemente em 
desenvolvimento 
SEQUÊNCIA DA FORMAÇÃO DOS SOLOS 
1. Rocha matriz exposta. 
2. Chuva, vento e sol desgastam a rocha 
formando fendas e buracos. Com o tempo 
a rocha vai esfarelando-se. 
3. Microrganismos como bactérias e algas se 
depositam nestes espaços, ajudando a 
decompor a rocha através das substâncias 
produzidas. 
4. Ocorre acúmulo de água e restos dos 
microrganismos. 
5. Organismos um pouco maiores como 
fungos e musgos, começam a se 
desenvolver. 
6. O solo vai ficando mais espesso e outros 
vegetais vão surgindo, além de pequenos 
animais. 
7. Vegetais maiores colonizam o ambiente, 
protegidos pela sombra de outros. 
8. O processo continua até atingir o 
equilíbrio, determinando a paisagem de 
um local. 
 Todo este processo leva muito tempo 
para ocorrer. 
 Calcula-se que cada centímetro do solo se 
forma num intervalo de tempo de 100 a 
400 anos! 
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 Os solos usados na agricultura demoram 
entre 3000 a 12000 anos para tornarem-
se produtivos. 
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Rochas 
 Rocha é todo o material que forma a 
crosta terrestre, a litosfera 
 É um agregado natural, que pode ser 
formado por um único mineral ou por 
agrupamento de minerais, por fragmentos 
de outras rochas ou por restos orgânicos 
 Um tipo de mineral pode entrar na 
constituição de diversas rochas diferentes 
 As rochas podem ser classificadas por sua 
origem, composição química, estrutura ou 
textura 
 quanto mais jovem o solo, mais 
características manterá da rocha mãe 
 é importante pois dependendo de sua 
resistência, influência no relevo da 
paisagem, assim como também no tempo 
da pedogênese (rochas mais duras 
demoram mais tempo para formar solos 
profundos) 
 
 Pedogênese: é o processo químico e físico 
de alteração (adição, remoção, transporte 
e modificação) que atua sobre um 
material litológico, originando um solo. 
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 A composição das rochas não é idêntica 
ao material magmático original, pois este, 
ao atravessar a crosta, sofre alterações 
estruturais, principalmente por causa das 
diferenças de temperatura e pressão 
existentes entre o manto e a crosta 
terrestre. 
 
Crosta Terrestre 
 É a parte externa consolidada do globo 
terrestre, ou seja, agregados naturais de um 
ou mais minerais, incluindo matéria orgânica 
 Oito elementos, juntos, compõem cerca 
de 90% da massa do planeta 
 ferro (metal; óxido; silicato ou sulfeto), 
 oxigênio (geralmente combinado com 
outros elementos), 
 silício, 
 magnésio (geralmente como óxido ou 
silicato), 
 níquel, 
 enxofre (nos sulfetos), 
 cálcio (como óxido ou silicato) e 
 alumínio (como óxido ou silicato) 
 
CLIMA: 
 é o fator mais importante, principalmente 
em países tropicais e em solos 
desenvolvidos 
 com a constante atuação do clima, o solo 
vai perdendo os minerais primários, 
transformando-os em secundários, 
geralmente argilas 
 associa-se com a biomassa (organismos 
que vivem sobre o solo) ou com o relevo 
 também varia conforme a escala, 
chegando até mesmo a modificar o solo 
por pequenas diferenças do relevo e 
vegetação 
 uma mesma rocha pode dar origem a 
solos distintos dependendo do clima, 
assim como rochas distintas podem 
originar solos semelhantes em climas 
iguais 
 
TEMPO: 
 O mais abstrato dos fatores, porém não 
menos importante 
 Diz-se que um solo, com o tempo, busca a 
"maturidade", ganhando profundidade e 
tendo alto teores de argila 
 Solos dificilmente serão vistos como 
maduros por causa da dinâmica da 
pedogênese e da litosfera, implicando 
reciclagem de materiais e paisagens 
RELEVO: 
 O relevo influencia nos caminhos de 
drenagem da água e no clima 
 Pode proteger os solos de processos 
erosivos, como águas e ventos, assim 
como pode determinar microclimas 
 Geralmente, numa mesma vertente, há 
diversos tipos de solos associados entre si 
por transportes internos de matéria. 
 
 
ORGANISMOS: 
 Organismos podem destruir o solo 
mecanicamente, abrindo poros, e 
quimicamente, criando ácidos 
 Pode, ainda mais, proteger o solo da 
atuação direta de chuvas e erosões 
 
Rochas Sedimentares 
 Produtos da decomposição de outras 
rochas 
1.Intemperismo 
 1.1.Químico 
 1.2. Físico 
 1.3. Químico-biológico 
2.Transporte/ Erosão (geológica) 
 
1.1. Intemperismo químico 
Ocorre quando estratos geológicos são expostos 
a águas correntes providas de compostos que 
reagem com os componentes minerais das rochas 
e alteram significativamente sua constituição. 
Muitos minerais secundários formaram-se por 
esses processos 
É mais comum em climas tropicais úmidos. 
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Oxidação: Fe2+  Fe3+ 
Evidência: coloração avermelhada e amarelada 
Ambientes oxidantes 
 
Redução: O íon Fe2+ mantém-se na forma estável 
Ambientes redutores 
 
 
Hidrólise: ocorre a quebra da estrutura do 
mineral pela ação dos íons H+ e OH- dissociados 
da água 
 
Atividade dos ácidos: 
 Ácidos facilitam a hidrólise (teor H+); 
 Ácidos ativos: ácido carbônico, ácido 
sulfúrico, ácidos húmicos, etc,. 
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 
(bicarbonato Ca → solúvel 
 
 
 
Esse fenômeno provoca o acréscimo de 
hidrogênio, de oxigênio ou carbono e oxigênio 
(carbonatação) em minerais que antes não 
continham nenhum destes elementos 
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Hidratação: Trata-se da ação da água sem a 
alteração na estrutura cristalina 
 
1.2. Intemperismo Físico (desintegração) 
 Ocorre só processos físicos acarretando 
fragmentação e desagregação das rochas 
 Variação de temperatura 
 Ação mecânica das raízes e de organismos 
 Climas quentes e secos e climas frios e 
secos 
1.3. Químico-biológico 
Liberação de substâncias e aumento na acidez na 
água de infiltração → ação de microorganismos, 
plantas e tecidos animais e vegetais. 
 É caracterizado por rochas que perdem 
alguns de seus nutrientes essenciais para 
organismos vivos e plantas que crescem 
em sua superfície 
 À medida que o intemperismo vai atuando 
(tempo), a camada de detritos torna-se 
mais espessa e se diferencia em 
subcamadas (horizontes do solo), que em 
conjunto formam o perfil do solo 
 O processo de diferenciação dos 
horizontes ocorre com incorporação de 
matéria orgânica no seu interior. 
 Tem-se a atuação de plantas, cujas raízes 
absorvem elementos em profundidade e 
estes são incorporados à superfície 
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CONSTITUINTES DOS SOLOS 
 
 sólida (matriz), 
 líquida (solução do solo): vários 
elementos dissolvidos 
 gasosa(atmosfera do solo): baixo teor 
de oxigênio ; altos teores de vapor de 
água e dióxido de carbono, por 
comparação com a atmosfera. 
 
Macronutrientes: C, H, N, P, K, Ca, Mg e S 
Micronutrientes: B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, Na, V e 
Zn 
 
 O elemento Fe participa de todas as 
“camadas”, 
 magnésio, silício e oxigênio (por exemplo) 
participam essencialmente do manto e da 
crosta 
 elementos de interesse econômico, como 
o níquel, ouro e elementos do grupo de 
platina, apresentam grande afinidade 
química com ligas de ferro ou os sulfetos 
 elementos alcalinos, tais como o sódio e 
potássio, concentram-se em minerais 
silicáticos de maior facilidade de fusão, e 
tendem a concentrar-se na crosta terrestre 
 
 
 
 
 
 
MATÉRIA ORGÂNICA: Húmus, Gorduras, resinas e ceras, Sacarídeos, Nitrogênio orgânico e 
Compostos de fósforo 
 
 
Distribuição esquemática dos constituintes do solo segundo seu tamanho 
 
http://www.uenf.br/uenf/centros/cct/qambiental/so_compinorg.html
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EVOLUÇÃO DOS SOLOS 
 formação de horizontes 
 caracterizada essencialmente por migrações 
de substâncias que dependem dos 
movimentos da água (ascendente e 
descendente) 
 deslocamentos da água para baixo 
provocam a lixiviação e são freqüentes nas 
zonas de clima com forte pluviosidade 
 *Lixiviação: o processo pelo qual a água 
desloca minerais de uma camada do solo 
para outra, ou para os rios 
 deslocamentos ascendentes são dominantes 
nos climas onde predomina a evaporação 
 intensidade das migrações depende: da 
pluviosidade, teor de cálcio e a natureza do 
húmus formado 
 
 
 
 
PROPRIEDADES DOS SOLOS 
 
Propriedades físicas do solo: textura, estrutura, 
densidade, porosidade, permeabilidade, fluxo de 
água, ar e calor (COR) 
Quase todas as propriedades físicas do solo 
dependem do teor e tipo de argila presente 
 
 Área superficial específica (ASE): medida da 
área da superfície das partículas por unidade 
de peso (expressa em metros quadrados por 
grama). Quanto maior a ASE, maior será a 
reatividade das partículas de solo devido à sua 
maior área de contato com a fase líquida do solo 
 Textura: é definida pela distribuição de 
tamanho de partículas 
 Estrutura: arranjamento das partículas em 
agregados 
 Porosidade: é responsável por um conjunto 
de fenômenos e desenvolve uma série de 
mecanismos de importância na física de solos, 
tais como retenção e fluxo de água e ar 
 Cor: influencia a sua temperatura, visto que 
solos escuros aquecem mais depressa do que 
os claros 
 Temperatura: afeta todos os processos que 
ocorrem nos solos, desde o crescimento 
radicular à atividade dos microrganismos. As 
coberturas do solo e a vegetação isolam o 
solo, evitando grandes amplitudes térmicas 
 
PERMEABILIDADE: 
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- permite avaliar quantitativamente a percolação 
da água; 
- O mais importante é o fluxo do escoamento 
(cm/s) através do solo: 
 
Solos arenosos Solos argilosos 
Menor porosidade 
do solo 
Maior porosidade do 
solo 
Baixa retenção de 
água 
Alta retenção de água 
Boa drenagem e 
aeração 
Drenagem lenta e pouco 
arejado (se pouco 
agregados) 
Aquece rápido Aquece lentamente 
Baixa CTC* Maior CTC 
Mais lixiviável Menos lixiviável 
Maior erosão Mais resistente à erosão 
Matéria orgânica 
baixa e rápida 
decomposição 
Matéria orgânica média 
a alta e menor taxa 
de decomposição 
Fácil preparo 
mecânico 
Mais resistente ao 
preparo (pesado) 
*CTC: capacidade de troca catiônica 
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Propriedades químicas dos solos: pH, teor de 
nutrientes, capacidade de troca iônica, 
condutividade elétrica e matéria orgânica 
 
pH: é a propriedade mais importante 
 os solos comportam-se como ácidos fracos 
 é a medida da concentração de H+ na solução 
do solo (presente nos poros) 
 acidez ou alcalinidade são influenciadas pelos 
materiais de origem 
- originados do basalto: pH mais alto 
- originados do granito: pH mais baixo 
 o solo tem uma reserva ácida devido à 
presença do H+ dos grupamentos COOH e OH- 
da fração orgânica e dos sítios de troca 
catiônica na superfície dos minerais 
 solos ácidos são saturados com Al3+ 
 afeta o crescimento das plantas e o 
comportamento dos contaminantes 
 pH ácido favorece o transporte e 
biodisponibilidade de metais divalentes 
 em regiões áridas o pH do solo, em geral, é 
alcalino; alta pluviosidade promove lixiviação 
dos elementos básicos (Ca2+, Mg2+) 
 o balanço de cargas elétricas no solo pode 
ser negativo, positivo, ou zero. 
 os cátions presentes na solução estão em 
equilíbrio com os cátions que estão retidos 
nos colóides, ou seja, se houver maior 
quantidade de H+ nos colóides haverá maior 
concentração de H+ na solução 
 Em condições de acidez do solo, o Al3+ estará 
na solução em equilíbrio com o íon Al3+ ligado 
ao colóide: 
 
Colóide-Al3+↔ Al3+(aq) + H2O → Al(OH)2
+ + H+ 
Cada íon Al3+ pode liberar até 3 íons H+ 
 
 
Efeito do pH na disponibilidade de nutrientes 
para as plantas 
 
 pH entre 5,8 e 7,5: ideal para as plantas 
 pH 7,0 se liga ao Ca (reduz a 
disponibilidade) 
  pH desloca o cloro (na forma de Cl-) e o 
molibdênio (na forma de MoO4
2-) da 
superfície dos colóides, tornando-os mais 
disponíveis. 
  pH disponibilidade de Ca, Mg e K, 
principalmente em solos tropicais, onde há o 
aumento de cargas negativas capazes de reter 
estes nutrientes 
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CARGAS ELÉTRICAS NO SOLO 
 
Responsáveis pela retenção dos nutrientes essenciais 
no solo 
Os minerais da fração argila normalmente são 
pedogênicos, isto é, formados pela recristalização a 
partir de átomos originários do desmonte dos 
minerais do material de origem. Com isso, os minerais 
da fração argila possuem maior número de 
imperfeições, gerando mais cargas elétricas. Assim, as 
frações mais grosseiras (silte e areia) exercem pouca 
influência sobre o conteúdo total de cargas de um 
solo. 
 
ORIGEM DAS CARGAS ELÉTRICAS 
 
 NEGATIVAS 
 
1. Substituição isomórfica (cargas permanentes) 
 
Al e Si das camadas octaédricas e tetraédricas das 
estruturas dos argilominerais podem ser 
substituídos por outros íons de raios iônicos 
semelhantes. 
 
As substituições isomórficas mais comuns são a 
do silício (Si4+) pelo alumínio (Al3+) na camada 
tetraédricas e a do alumínio (Al3+) pelo magnésio 
(Mg2+) na camada octaedral das argilas. 
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 CARGAS PERMANENTES: 
 Não aumentam ou diminuem com o pH 
 São originadas da substituição isomórfica 
dos argilominerais (interior rede cristalina) 
----------------------------------- Si – O – Al – O – Si – O Si+4 pelo Al+3 
---------------------------------- 
-Al–OH–Mg–O–Al–OH Al+3 pelo Mg+2 
---------------------------------- 
 - Si – O – Si – O – Si - O 
---------------------------------- 
A menor valência do Al+3 e Mg+2 em relação ao 
Si+4 e Al+3 leva ao déficit de cargas positivas 
 
 número de cargas negativas na partícula 
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2. Dissociação de radicais OH(dependentes do 
pH) 
 
Os oxigênios mais externos ficam apenas 
parcialmente neutralizados, apresentando 
excesso de carga negativa. Essas cargas negativas 
podem ser neutralizadas por íons hidrogênio (H+ 
) oriundos da fase líquida. 
Ocorrem em maior quantidade em solos 
tropicais, devido adsorção ou dessorção de íons 
hidrogênio nos grupos funcionais das argilas, 
gerando, respectivamente, cargas positivas ou 
negativas. 
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 POSITIVAS 
 
Normalmente ocorrem em menor quantidade 
que as negativas, mas têm igual importância pois 
são as responsáveis pela retenção dos ânions 
(muitos dos quais são nutrientes essenciais às 
plantas). 
 
 Exclusivamente do tipo dependente do pH 
 
 
 
 PONTO DE CARGA ZERO (PCZ) 
O PCZ é o valor de pH no qual o colóide apresenta o 
mesmo número de radicais com carga positiva, ou 
seja, é o ponto isoelétrico do solo. 
 
pH menor que PCZ: mais cargas positivas 
pH maior que PCZ: mais cargas negativas 
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CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA (CTC) 
 quantidade de cátions que são adsorvidos, 
reversivelmente, por unidade de material 
seco 
 número de mol (mmol) de cargas positivas e 
a massa de solo (100 g ou 1 k) 
 CTC depende da área superficial por grama 
do material (compostos orgânicos têm alta 
CTC) 
 É dada em termos de cátions de cálcio que 
são trocados ou retirados dos solos. 
 
 
 
 
A capacidade de troca de cátions de um solo é 
dado pela somatória das bases (potássio + cálcio 
+ magnésio + sódio) mais a acidez potencial 
(alumínio + hidrogênio) 
 
ACIDEZ DO SOLO 
 
Os cátions básicos são substituídos por H+ e Al3+ 
provenientes da alteração dos minerais 
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ACIDEZ ATIVA (na solução do solo): é devida aos 
íons H+ que estão dissociados na solução do solo.
 
 expressa por pH = - log [H+] = 1/log [H+] 
 
ACIDEZ POTENCIAL: é a acidez que realmente o 
solo tem (acidez de troca + acidez não trocável) 
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Origem da acidez nos solos 
 
 água da chuva 
 Lixiviação de bases: Ca2+, Mg2+, Na+ e K+ 
formam complexos mais solúveis, podendo 
ser mais facilmente perdidos por lixiviação 
 Hidrólise do alumínio: 
Al3+ + 3H2O  Al(OH)3 + 3H+ 
 
 Respiração: microrganismos do solo 
produzem CO2 gerando HCO3- e H+ 
 Decomposição de resíduos orgânicos: 
nitrificação, ácidos carbônicos e ácidos 
húmicos 
 
Ácidos Carbônicos: formado na rizosfera pela 
atividade microbiana e pela respiração radicular. 
 CO2 + H2O  HCO3
- + H+ 
 
Adubos Acidificantes: ex. (NH4)2SO4 quando 
solubilizam liberam íons H+ 
 
Mineralização dos compostos orgânicos: pela 
reação de nitrificação libera íons H+ 
 
Cargas variáveis (dependentes de pH): 
Com  do pH, os grupos (Al, Fe)OH, (Al, Fe)OH2 e 
COOH dissociam íons H+ 
 
 Área Superficial Específica (AES), 
 a reatividade (capacidade de participar de 
reações químicas) do objeto ou partícula 
 
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CONDIÇÕES DE ÓXIDO-REDUÇÃO 
 
 afeta principalmente as espécies contendo 
C, N, O, S, Fe, Mn, Ag, As, Cr, Cu, Hg e Pb. 
 sob certas condições redox e de pH, pode 
haver dissolução ou precipitação de várias 
espécies de metais, como óxidos de ferro, 
sulfatos reduzidos a sulfetos, etc 
 respiração: consumo de oxigênio 
 anaerobiose: altera produtos de 
decomposição da matéria orgânica e 
especiação de metais 
 
 Um dos efeitos químicos mais marcantes do 
encharcamento é a redução do potencial de 
oxidação (pE) pela ação de agentes 
redutores orgânicos que agem através de 
bactérias catalisadoras 
 Assim, a condição de oxi-redução do solo 
torna-se muito mais redutora, e o pE do solo 
pode diminuir o pH da água em equilíbrio 
com o ar (pE= +13.6 a pH 7) para 1 ou 
menos 
 Um dos resultados mais significativos desta 
mudança é a transformação de ferro e 
manganês em ferro solúvel (II) e manganês 
(II) por redução dos seus óxidos insolúveis 
com maiores graus de oxidação: 
MnO2 + 4H+ + 2e-  Mn2++ 3H2O 
Fe2O3 + 6H+ + 2e-  2Fe2+ + 3H2O 
 
 Alguns íons de metais solúveis como Fe2+ e 
Mn2+ são tóxicos às plantas a níveis muito 
altos. Por outro lado, a oxidação para 
óxidos insolúveis pode causar formação de 
depósitos de Fe2O3 e MnO2 que dificultam 
o escoamento da água no solo