AULA12 CARGAS ELÉTRICAS (1)

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29/05/2013
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CARGAS ELÉTRICAS DO SOLO
Atributos físicos e químicos do solo
-Aula 12-
Prof. Alexandre Paiva da Silva
INTRODUÇÃO
CARGAS ELÉTRICAS E FOTOSSÍNTESE: 
“Vida na Terra” 
Propriedade de uma dispersão coloidal
Argilas → eletronega�vas
Solos >> intemperizados → cargas (+) incomum
As cargas elétricas proporcionam a adsorção 
de íons de cargas opostas, retendo-os no solo
Nutrição, gênese, poluição
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TIPO E ORIGEM DE CARGAS
 CARGAS ELÉTRICAS NEGATIVAS 
Dissociação de grupos OH nas arestas das argilas
silicatadas;
 Substituição isomórfica;
 Matéria orgânica
 CARGAS ELÉTRICAS NEGATIVAS 
 Óxidos e hidróxidos de Fe e Al(OHFeAl);
Obs: permanentes e variáveis ou dependentes de pH
TIPO E ORIGEM DE CARGAS
 Dissociação de grupos OH nas arestas das argilas
silicatadas;
• O grupo OH nas terminações tetra e octaedrais, nas faces 
quebradas das unidades cristalográficas das argilas 
silicatadas
• A elevação do pH desloca o equilíbrio para a direita, pela 
neutralização dos íons H+ liberados na dissociação OH-
(VIDE FIG)
• Depende do pH e predomina em argilas 1:1
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TIPO E ORIGEM DE CARGAS
Figura 1. Fontes de cargas elétricas negativas do solo – ARGILAS SILICATADAS 1:1
TIPO E ORIGEM DE CARGAS
 Substituição isomórfica
• Na gênese de argilas 2:1 pode haver substituição de Si4+
dos tetraedros por Al3+; nos octaedros de Al3+ por Mg2+ ou
de menor valência que Al3+ → ‘SOBRA DE CARGA
NEGATIVA’ (VIDE FIG)
• Cargas não dependentes de pH
Matéria orgânica
• A dissociação de GRUPOS CARBOXÍLICOS E
FENÓLICOS
• O equilíbrio é deslocado para a direita com a elevação do
pH → neutralização da acidez (VIDE FIG)
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TIPO E ORIGEM DE CARGAS
Figura 2. Fontes de cargas elétricas negativas do solo – SUBSTITUIÇÃO 
ISOMÓRFICA
TIPO E ORIGEM DE CARGAS
Figura 3. Fontes de cargas elétricas negativas do solo – MATÉRIA ORGÂNICA
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TIPO E ORIGEM DE CARGAS
Óxidos e hidróxidos de Fe e Al
• É significativa em condições mais ácidas
• Os OHFeAl podem originar cargas (+) e (-) ou permanecer
carga neutra na superfície* → pH do solo (VIDE FIG)
• Em geral, o ponto que a carga dos óxidos é nula
corresponde a uma valor de pH na faixa alcalina
– Os OHFeAl têm carga (+) em solos ácidos
• *PCZ = Ponto de Carga Zero → pH em que o solo tem
carga líquida nula; o valor do PCZ varia com a natureza dos
materiais trocadores de íons no solo (VIDE FIG)
TIPO E ORIGEM DE CARGAS
Figura 4. Fontes de cargas elétricas positivas do solo – Óxidos de Fe e Al
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ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Princípios
•Argilominerais e MOS → ‘Maior Superfície específica’
– partículas coloidais que têm cargas (+) e (-) → ‘reter’ ou adsorver cátions ou ânions
•As cargas (+) ou (-) são neutralizadas por íons de carga contrária, que podem ser 
trocadas por outros íons da solução → TROCA IÔNICA
-ADSORÇÃO CATIÔNICA
-Cargas NEGATIVAS são neutralizadas por íons ELETROPOSITIVOS
-ADSORÇÃO ANIÔNICA
-Cargas POSITIVAS são neutralizadas por íons ELETRONEGATIVOS
Obs: As ligações dos íons se dão por ELETROVALÊNCIA ou COVALÊNCIA
•Cátions envolvidos: Ca2+, Mg2+, Al3+, H+, Na+, NH4
+, micro
•A troca iônica depende: SUPERFÍCIE ESPECÍFICA E DENSIDADE DE CARGAS 
→ Analogia com “colméia de abelhas” (VIDE FIG)
ADSORÇÃ IÔNICA
Figura 5. Representação da CTC e da CTA
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CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS (CTC)
 CONCEITO 
• É a capacidade do solo ADSORVER e TROCAR CÁTIONS
• Expressa a quantidade de cátions que o solo pode reter na 
forma de COMPLEXO DE ESFERA-EXTERNA* 
– Mede indiretamente a quantidade de cargas negativas do solo
• * Ligados às superfícies por ligações eletrostáticas
• Relaciona-se com Superfície Específica e Densidade de cargas
CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS (CTC)
 PRINCÍPIOS BÁSICOS
• Fenômeno reversível
–Deslocamento contínuo de cátions adsorvidos; ocorre nos dois 
sentidos: superfície da partícula para solução e vice-versa
• Reação estequiométrica
– “Lei os equivalentes químicos” → 1molc de cátion X é 
trocada (substituído) por 1molc de cátions Y 
• É um processo rápido → Tempo de agitação de 5 – 15 min
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CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS (CTC)
 VARIÁVEIS QUE INFLUENCIAM
• pH
– Efeito das cargas dependentes de pH
• Natureza dos cátions trocáveis
– “Lei de Coulomb” → cátions de maior valência são mais 
retidos → “Série liotrópica”
• Z/r → Z = carga do íon; r = raio do íon hidratado
• Valências iguais: Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+ > H+
• Valências diferente: Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4
+ > Na+
CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS (CTC)
 VARIÁVEIS QUE INFLUENCIAM
• Concentração da solução
– Afeta a preferencialidade de troca → “Lei da ação das Massas” 
→ é possível cátions de < valência deslocar cátions de > 
valência →  concentração 
– Para uma mesma concentração de cátions presentes, a 
“DILUIÇÃO DA SOLUÇÃO”, aumenta a preferência de troca de 
cátions de menor valência como Na+, pelos de maior valência.
– Exemplos: 
• Região úmida = lixiviação de bases e predomínio de Al3+
• Região semiárida = acúmulo de cátions monovalentes, Na+
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CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS (CTC)
 VARIÁVEIS QUE INFLUENCIAM
• Natureza da fase sólida
– O tipo de argilomineral e a MOS afeta a densidade de cargas 
negativas → CTC 
*Exemplos: 
• Regiões tropicais = Efeito da MOS (VIDE FIG)
– O arranjo estrutural da fase sólida e sua interação com cátions →
ESPECIFICIDADES NAS REGIÕES DE TROCA 
• Argila 2:1 → retêm K+ e NH4
+ ; Mat. orgânica → retêm Ca2+
• Tipo e quantidade de argilominerais (VIDE FIG)
– Tropicais e subtropicais: 1:1 (caulinita) e óxidos de Fe e Al → 
CTC BAIXA
– Temperada: 2:1 (vermiculita, esmectita) → CTC ALTA
CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS (CTC)
Figura 6. ASE e CTC de argilominerais e matéria orgânica
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CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS (CTC)
Figura 7. Efeito da matéria orgânica
CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS (CTC)
 VARIÁVEIS QUE INFLUENCIAM
• Matéria orgânica
– A interação da MOS com argilominerais e óxidos → 
Alteração das cargas superficiais
• MOS vs caulinita e óxidos → ↓ cargas e  CTC
• pH da solução
• Adsorção específica de íons (AEI)
– A AEI pode aumentar a CTC → Adsorção específica de 
fosfato, silicato e sulfato  carga líquida negativa
*Exemplos: 
•  doses de P → cargas negativas →  CTC 
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CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
COMPONENTES DA CTC
• CTC permanente e CTC dependente de pH
- CTC efetiva e CTC “bloqueada” (VIDE FIG)
CARACTERÍSTICAS DA CTC - Valores de Hissink
• CTC EFETIVA (t)
– t = [SB + (Al3+)]; Al3+ = ACIDEZ TROCÁVEL
• CTC TOTAL (T)
– T = [SB + (H + Al)]; H + Al = ACIDEZ POTENCIAL
• SOMA DE BASES (SB)
– SB = Ca2+ + Mg2+ + K++ [Na++ NH4
+]
• SATURAÇÃO POR BASES (V)
– V = SB / T  100
• SATURAÇÃO POR ALUMÍNIO (m)
– m = Al3+ / t  100
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CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
Figura 9. Classificação e interpretação dos valores de Hissink
UM EXEMPLO
O que podemos inferir a partir de tais resultados?
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CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
DETERMINAÇÃO DA CTC
• Seguem os princípios básicos do fenômeno de troca (VIDE 
FIG)
– CTC efetiva (t) → Emprego de soluções salinas (KCl 1 
mol/L e CaCl2 0,5 mol/L)
– CTC total (T) → Acetato de amônio (CH3COONH4) 1 
mol/L a pH 7,0
DETERMINAÇÃO DA CTC
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DETERMINAÇÃO DA CTC