Química_solo_aplicada_Pedologia_Fertildiade_do_Solo_2013

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HubertoHuberto JoséJosé KliemannKliemann
Prof. Visitante NacionalProf. Visitante Nacional SeniorSenior –– CAPES/MECCAPES/MEC
PalotinaPalotina, PR, abril 2013, PR, abril 2013
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
HubertoHuberto JoséJosé KliemannKliemann
Prof. Visitante NacionalProf. Visitante Nacional SeniorSenior –– CAPES/MECCAPES/MEC
PalotinaPalotina, PR, abril 2013, PR, abril 2013
Composição química elementar dos solos
 Os solos são meios porosos criados na superfície da terra pelos processos de
intemperismo, derivados de fenômenos biológicos, hidrológicos e geológicos.
 Os solos diferem da rocha meramente intemperizada porque mostram uma
estratificação aproximadamente vertical (horizontes do solo) produzidos pela
influência contínua da água percolante e dos organismos vivos.
 Do ponto de vista da química, os solos são sistemas multicomponentes, abertos,
biogeoquímicos, contendo sólidos, líquidos e gases.
o Os solos são sistemas abertos porque intercambiam tanto matéria quanto
energia com a atmosfera, biosfera e hidrosfera circundantes.
o Os fluxos de matéria e energia para ou do solo são variáveis no tempo e no
espaço, mas são essencialmente fluxos que causam o desenvolvimento dos
perfis do solo e governam os padrões de fertilidade do solo (Sposito, 1989).
A ilustração do solo como um sistema aberto pode ser vista na Figura 1.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Composição química elementar dos solos
 Os solos são meios porosos criados na superfície da terra pelos processos de
intemperismo, derivados de fenômenos biológicos, hidrológicos e geológicos.
 Os solos diferem da rocha meramente intemperizada porque mostram uma
estratificação aproximadamente vertical (horizontes do solo) produzidos pela
influência contínua da água percolante e dos organismos vivos.
 Do ponto de vista da química, os solos são sistemas multicomponentes, abertos,
biogeoquímicos, contendo sólidos, líquidos e gases.
o Os solos são sistemas abertos porque intercambiam tanto matéria quanto
energia com a atmosfera, biosfera e hidrosfera circundantes.
o Os fluxos de matéria e energia para ou do solo são variáveis no tempo e no
espaço, mas são essencialmente fluxos que causam o desenvolvimento dos
perfis do solo e governam os padrões de fertilidade do solo (Sposito, 1989).
A ilustração do solo como um sistema aberto pode ser vista na Figura 1.
Atmosfera
AT AO
Terra
TA OA
Oceano
TR
Rios
RO
Figura 1.1. Componentes de armazenamento (retângulos) e de transferência (círculos) no
ciclo global de um elemento químico.
 Os solos são representados pelo componente de armazenamento (terra) e a
hidrosfera pelos componentes rios e oceanos.
o O transporte da matéria entre os quatros componentes de armazenamento
são representado pelas setas rotuladas: transferências da atmosfera para a
terra (AT), transferência da terra para os rios (TR), normalmente iguais a
RO, e assim por diante.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Atmosfera
AT AO
Terra
TA OA
Oceano
TR
Rios
RO
Figura 1.1. Componentes de armazenamento (retângulos) e de transferência (círculos) no
ciclo global de um elemento químico.
 Os solos são representados pelo componente de armazenamento (terra) e a
hidrosfera pelos componentes rios e oceanos.
o O transporte da matéria entre os quatros componentes de armazenamento
são representado pelas setas rotuladas: transferências da atmosfera para a
terra (AT), transferência da terra para os rios (TR), normalmente iguais a
RO, e assim por diante.
Composição química elementar dos solos (...)
 Os tamanhos desses componentes de transferência em uma escala global são
estimadas na Tabela 1.1 para seis importantes elementos encontrados nos solos.
Tabela 1.1. Componentes de transferência global de alguns importantes elementos nos solos.

Elemento AT TA RO OA AO
Oxigênio (1017 ano-1)a 1,00 0,70 0,30 3,70 3,40
Carbono (1014 ano-1)b,c 1,10 1,10 <0,001 1,60 0,93
Enxofre (1014 ano-1) b,c 0,70 1,60 2,10 1,60 2,60
Fósforo (1014 ano-1) d 3,20 4,70 19 0,30 1,40
Chumbo (109 ano-1) d 3,20 4,70 7,80 <0,01 1,40
Cobre (107 ano-1) d 6,20 7,10 632 <0,01 1,30
 a Como água, R. J. Chorley (Introduction do Physical Hydrology), Methuen, London, 1971.
 b F. J. Stevenson, Cylces of Soil, Wyley, N. York, 1986.
 c B.Bolin & R. B. Cook. The Major Biogeochemical Cylces and Their Interactions. Wiley, N. York, 1971.
 d J. O. Nriagu. The Biogeochemistry of Lead in the Environment. Part A. Elsevier, Amstedam, 1978.
 e J. O. Nriagu. Copper int he Environment. Pat I. Wiley, N. York, 1979.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Composição química elementar dos solos (...)
 Os tamanhos desses componentes de transferência em uma escala global são
estimadas na Tabela 1.1 para seis importantes elementos encontrados nos solos.
Tabela 1.1. Componentes de transferência global de alguns importantes elementos nos solos.

Elemento AT TA RO OA AO
Oxigênio (1017 ano-1)a 1,00 0,70 0,30 3,70 3,40
Carbono (1014 ano-1)b,c 1,10 1,10 <0,001 1,60 0,93
Enxofre (1014 ano-1) b,c 0,70 1,60 2,10 1,60 2,60
Fósforo (1014 ano-1) d 3,20 4,70 19 0,30 1,40
Chumbo (109 ano-1) d 3,20 4,70 7,80 <0,01 1,40
Cobre (107 ano-1) d 6,20 7,10 632 <0,01 1,30
 a Como água, R. J. Chorley (Introduction do Physical Hydrology), Methuen, London, 1971.
 b F. J. Stevenson, Cylces of Soil, Wyley, N. York, 1986.
 c B.Bolin & R. B. Cook. The Major Biogeochemical Cylces and Their Interactions. Wiley, N. York, 1971.
 d J. O. Nriagu. The Biogeochemistry of Lead in the Environment. Part A. Elsevier, Amstedam, 1978.
 e J. O. Nriagu. Copper int he Environment. Pat I. Wiley, N. York, 1979.
Tabela 1.2. Conteúdo elementar médio (em mg kg-1) do solo e das rochas crustais e o fator
de enriquecimento do solo (FE).
Elemento Solo a,b Crostab FE Elemento Solo a,b Crostab FE
Lítio – Li 24 20 1,2 Zinco – Zn 60 75 0,80
Berílio – Be 0,92 2,6 0,35 Gálio – Ga 17 18 0,94
Boro – B 33 10 3,3 Germânio – Ge 1,2 1,8 0,67
Carbono – C 25.000 480 52 Arsênico – As 7,2 1,5 4,80
Nitrogênio – N 2.000 25 80 Selênio – Se 0,39 0,005 7,80
Oxigênio – O 490.000 474.000 1,0 Bromo – Br 0,85 0,37 2,30
Flúor – F 950 430 2,2 Rubídio – Rb 67 90 0,74
Sódio – Na 12.000 23.000 0,52 Estrôncio – Sr 240 370 0,65
Magnésio – 9.000 23.000 0,39 Ítrio – Y 25 30 0,83
Alumínio – 72.000 82.000 0,88 Zircônio – Zr 230 190 1,20
Silício – Si 310.000 277.000 1,1 Nióbio – Nb 11 20 0,55
Fósforo – P 430 1.000 0,43 Molibdênio – Mo 0,97 1,5 0,65
Enxofre – S 1.600 260 6,2 Prata – Ag 0,05 0,07 0,71
Cloro – Cl 100 130 0,77 Cádmio – Cd 0,35 0,11 3,20
Potássio – K 15.000 21.000 0,71 Estanho – Sn 1,3 2,2 0,59
Cálcio – Ca 24.000 41.000 0,59 Antimônio – Sb 0,66 0,20 3,30
Escândio – Sc 8,9 16 0,56 Iodo – I 1,2 0,14 8,60
Titânio – Ti 2.900 5.600 0,52 Césio – Cs 4,0 3,0 1,30
Vanádio – V 80 160 0,50 Bário – Ba 580 500 1,20
Cromo – Cr 54 100 0,54 Lantânio – La 37 32 1,20
Manganês – Mn 550 950 0,58 Mercúrio – Hg 0,09 0,05 1,80
Ferro – Fe 26.000 41.000 0,63 Chumbo – Pb 19 14 1,40
Cobalto – Co 9,1 20 0,46 Neodímio – Nd 46 38 1,20
Níquel – Ni 19 80 0,24 Tório – Th 9,4 12 0,78
Cobre – Cu 25 50 0,50 Urânio – U 2,7 2,4 1,10
a H. T. Schaklette & J. G. Boerngen. Element concentrations in soils and surficial materials of the conterminous United States. U.S.
Geological Service Prof. Paper 1270 (1984).
b H. J. Bowen. Environmental Chemistry of the Elements. Academic Press, London, 1979.
c FE = Conteúdo do solo/Conteúdo crustal (FE = Fator de enriquecimento).
Química e mineralogia do solo aplicada à Pedologia e Fertilidade do Solo
Tabela 1.2. Conteúdo elementar médio (em mg kg-1) do solo e das rochas crustais e o fator
de enriquecimento do solo (FE).
Elemento Solo a,b Crostab FEElemento Solo a,b Crostab FE
Lítio – Li 24 20 1,2 Zinco – Zn 60 75 0,80
Berílio – Be 0,92 2,6 0,35 Gálio – Ga 17 18 0,94
Boro – B 33 10 3,3 Germânio – Ge 1,2 1,8 0,67
Carbono – C 25.000 480 52 Arsênico – As 7,2 1,5 4,80
Nitrogênio – N 2.000 25 80 Selênio – Se 0,39 0,005 7,80
Oxigênio – O 490.000 474.000 1,0 Bromo – Br 0,85 0,37 2,30
Flúor – F 950 430 2,2 Rubídio – Rb 67 90 0,74
Sódio – Na 12.000 23.000 0,52 Estrôncio – Sr 240 370 0,65
Magnésio – 9.000 23.000 0,39 Ítrio – Y 25 30 0,83
Alumínio – 72.000 82.000 0,88 Zircônio – Zr 230 190 1,20
Silício – Si 310.000 277.000 1,1 Nióbio – Nb 11 20 0,55
Fósforo – P 430 1.000 0,43 Molibdênio – Mo 0,97 1,5 0,65
Enxofre – S 1.600 260 6,2 Prata – Ag 0,05 0,07 0,71
Cloro – Cl 100 130 0,77 Cádmio – Cd 0,35 0,11 3,20
Potássio – K 15.000 21.000 0,71 Estanho – Sn 1,3 2,2 0,59
Cálcio – Ca 24.000 41.000 0,59 Antimônio – Sb 0,66 0,20 3,30
Escândio – Sc 8,9 16 0,56 Iodo – I 1,2 0,14 8,60
Titânio – Ti 2.900 5.600 0,52 Césio – Cs 4,0 3,0 1,30
Vanádio – V 80 160 0,50 Bário – Ba 580 500 1,20
Cromo – Cr 54 100 0,54 Lantânio – La 37 32 1,20
Manganês – Mn 550 950 0,58 Mercúrio – Hg 0,09 0,05 1,80
Ferro – Fe 26.000 41.000 0,63 Chumbo – Pb 19 14 1,40
Cobalto – Co 9,1 20 0,46 Neodímio – Nd 46 38 1,20
Níquel – Ni 19 80 0,24 Tório – Th 9,4 12 0,78
Cobre – Cu 25 50 0,50 Urânio – U 2,7 2,4 1,10
a H. T. Schaklette & J. G. Boerngen. Element concentrations in soils and surficial materials of the conterminous United States. U.S.
Geological Service Prof. Paper 1270 (1984).
b H. J. Bowen. Environmental Chemistry of the Elements. Academic Press, London, 1979.
c FE = Conteúdo do solo/Conteúdo crustal (FE = Fator de enriquecimento).
Composição química elementar dos solos (...)
 O papel do solo como um reservatório dinâmico na ciclagem global de elementos
químicos não se reflete totalmente na Figura 1, porque se omitiu a relação do solo
com a rocha crustal, que muitas vezes serve de material de origem. Alguma idéia
dessa relação pode ser obtida da Tabela 1.2.
 As concentrações referem-se a amostras tomadas a acerca de 0,2 m abaixo da
superfície do terra de solos minerais não contaminados. Essas concentrações são
comparáveis com cifras de composição elementar de solos coletados a nível mundial.
Os valores médios da Tabela 1.2, todavia, muitas vezes desvios padrões elevados por
causa da heterogeneidade espacial.
 A Figura 1.2 ilustra esse ponto por linhas verticais através de círculos cheios, que
representam as composições médias nos solos superficiais.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Composição química elementar dos solos (...)
 O papel do solo como um reservatório dinâmico na ciclagem global de elementos
químicos não se reflete totalmente na Figura 1, porque se omitiu a relação do solo
com a rocha crustal, que muitas vezes serve de material de origem. Alguma idéia
dessa relação pode ser obtida da Tabela 1.2.
 As concentrações referem-se a amostras tomadas a acerca de 0,2 m abaixo da
superfície do terra de solos minerais não contaminados. Essas concentrações são
comparáveis com cifras de composição elementar de solos coletados a nível mundial.
Os valores médios da Tabela 1.2, todavia, muitas vezes desvios padrões elevados por
causa da heterogeneidade espacial.
 A Figura 1.2 ilustra esse ponto por linhas verticais através de círculos cheios, que
representam as composições médias nos solos superficiais.
Figura 1.2. Concentrações médias (círculos cheios) e faixas (linhas verticais) de
concentrações de metais traço nos solos superficiais comparadas com as
concentrações médias crustais (In H. Sigel, Metal Ions in Biological Systems v.
20, Concepts on Metal Ion Toxicity, Marcel Dekker, N. York, 1986).
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Figura 1.2. Concentrações médias (círculos cheios) e faixas (linhas verticais) de
concentrações de metais traço nos solos superficiais comparadas com as
concentrações médias crustais (In H. Sigel, Metal Ions in Biological Systems v.
20, Concepts on Metal Ion Toxicity, Marcel Dekker, N. York, 1986).
Composição química elementar dos solos (...)
 Na Tabela 1.2 também se encontram os fatores de enriquecimento do solo (FE), definidos
como a razão das conentrações do solo para as rochas crustais, ambas expressas nas
mesmas unidades.
o O FE é uma medida quantitativa do enriquecimento relativo (ou empobrecimento) de
um elemento químico quando comparado com uma rocha.
o Os valores de FE na faixa de 0,5 a 2,0 (ao redor de 1,0) devem provavelmente ser
intepretados como indicadores de empobrecimento ou enriquecimento relativo não
significativo;
o Os valores de 2 e 10 indicam algum enriquecimento, e valores superiores a 10 indicam
forte enriquecimento.
 De acordo com esses critérios, Be, Mg, Ni, e talvez P e Co são elementos
empobrecidos;
 B, F, S, As, Se, Br, Cd, Sb e I estão de algum modo enriquecido; e C e N estariam
fortemente enriquecidos nos solos, relativamente às rochas crustais.
 Para a maioria dos microelementos (Figura 1.2), existe uma estreita correspondência as
concentrações do solo e da rocha crustal, e essa relação pode ser explicada pelas
principais formas químicas destes elementos no solo ou na rocha.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Composição química elementar dos solos (...)
 Na Tabela 1.2 também se encontram os fatores de enriquecimento do solo (FE), definidos
como a razão das conentrações do solo para as rochas crustais, ambas expressas nas
mesmas unidades.
o O FE é uma medida quantitativa do enriquecimento relativo (ou empobrecimento) de
um elemento químico quando comparado com uma rocha.
o Os valores de FE na faixa de 0,5 a 2,0 (ao redor de 1,0) devem provavelmente ser
intepretados como indicadores de empobrecimento ou enriquecimento relativo não
significativo;
o Os valores de 2 e 10 indicam algum enriquecimento, e valores superiores a 10 indicam
forte enriquecimento.
 De acordo com esses critérios, Be, Mg, Ni, e talvez P e Co são elementos
empobrecidos;
 B, F, S, As, Se, Br, Cd, Sb e I estão de algum modo enriquecido; e C e N estariam
fortemente enriquecidos nos solos, relativamente às rochas crustais.
 Para a maioria dos microelementos (Figura 1.2), existe uma estreita correspondência as
concentrações do solo e da rocha crustal, e essa relação pode ser explicada pelas
principais formas químicas destes elementos no solo ou na rocha.
Composição química elementar dos solos (...)
 O forte enriquecimento do carbono e do nitrogênio nos solos também é resultado das
principais formas químicas que estes elementos assumem,  aqueles associados com a
matéria orgânia e os organismos do solo.
 A razão C/N média de 13 nos solos, indicada nos dados da Tabela 1.2, é baixa e
tendente à imobilização microbiológica, sugerindo adicionalmente o meio biológico ativo
que distingue o solo da rocha crustal.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Composição química elementar dos solos (...)
 O forte enriquecimento do carbono e do nitrogênio nos solos também é resultado das
principais formas químicas que estes elementos assumem,  aqueles associados com a
matéria orgânia e os organismos do solo.
 A razão C/N média de 13 nos solos, indicada nos dados da Tabela 1.2, é baixa e
tendente à imobilização microbiológica, sugerindo adicionalmente o meio biológico ativo
que distingue o solo da rocha crustal.
Fases sólidas nos solos
 Acerca da metade até dois terços do volume é compreendido pela matéria sólida.
o Deste material, tipicamente mais de 90% representa compostos orgânicos,
o Excetuanm-se solos nos quais o material orgânica preenche mais de 50% da matéria sólida do solo.
 As fases inorgânicas sólidas nos solos muitas vezes não possuem uma estequiometria simples (i. e., razões
molaressimples de um elemento para o outro) porque se encontram em estado metaestável de transição de
uma estrutura atômica não homogênea, irregular para uma mais homogênea e regular, como resultado dos
processos de intemperismo.
 No entanto, numerosas fases sólidas de composição relativamente uniforme (minerais) tem sido identificados
nos solos. Os dois elementos mais abundantes na crosta terrestre e nos solos são o oxigênio, que se combinam,
formando 15 silicatos comuns (Tabela 1.3.), com as suas respectivas fórmulas.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Fases sólidas nos solos
 Acerca da metade até dois terços do volume é compreendido pela matéria sólida.
o Deste material, tipicamente mais de 90% representa compostos orgânicos,
o Excetuanm-se solos nos quais o material orgânica preenche mais de 50% da matéria sólida do solo.
 As fases inorgânicas sólidas nos solos muitas vezes não possuem uma estequiometria simples (i. e., razões
molares simples de um elemento para o outro) porque se encontram em estado metaestável de transição de
uma estrutura atômica não homogênea, irregular para uma mais homogênea e regular, como resultado dos
processos de intemperismo.
 No entanto, numerosas fases sólidas de composição relativamente uniforme (minerais) tem sido identificados
nos solos. Os dois elementos mais abundantes na crosta terrestre e nos solos são o oxigênio, que se combinam,
formando 15 silicatos comuns (Tabela 1.3.), com as suas respectivas fórmulas.
Tabela 1.3. Minerais comuns nos solos.
Mineral Fórmula química Importância
Quartzo SiO2 Abundante na areia e no silte
Feldspato (Na,K)AlO2[SiO2]3
CaAl2O4[SiO2]2
Abundante no solo não intensamente
lixiviado
Mica K2Al2O5[Si2O5]3Al4(OH)4
K2Al2O5[Si2O5]3(Mg,Fe)6(OH)4
Fonte de K na maioria dos solos de
zona temperada
Anfibolito (Ca,Na)2,3(Mg,Fe,Al)5(OH)2[(Si)4O11]2 Facilmente intemperizdo a minerais e
óxidos
Piroxênio (Ca,Mg,Fe,Ti,Al)(Si,Al)O3 Facilmente intemperizável
Olivina (Mg,Fe)2SiO4 Facilmente intemperizável
Epidoto Ca2(Al,Fe)3(OH)SiO12 Altamente resistentes ao intemperismo
químico; são “minerais índices” usados
em estudos pedológicos
Turmalina NaMg3Al6B3Si6O27(OH,F)4
Zircônio ZrSiO4
Rutilo TiO2
Caulinita Si4Al4O14(OH)8 Abundantes na argila como produtos
do intemperismo; fonte de cátions
trocáveis nos solos
Esmectita
Vermiculita
Clorita
Mx(Si,Al)8(Al,Fe,Mg)4º20(OH)4,
em que M = cátion intercamada
Alofana Si3Al4O12.nH2O Abundantes em solos derivados de
cinzas vulcânicasImogolita Si2Al4O10.5H2O
Gibbsita Al(OH)3 Abundante em solos lixiviados
Goethita FeO(OH) O mais abundante óxido de ferro
Hematita Fe2O3 Abundante em regiões quentes
Ferrihidrita Fe10O15.9H2O Abundante em horizontes orgânicos
Birnessita (Na,Ca)Mn7O14.2,8H2O O mais abundante óxido de Mn
Calcita CaCO3 O mais abundante carbonato
Gesso CaSO4.2H2O Abundante em regiões áridas
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Tabela 1.3. Minerais comuns nos solos.
Mineral Fórmula química Importância
Quartzo SiO2 Abundante na areia e no silte
Feldspato (Na,K)AlO2[SiO2]3
CaAl2O4[SiO2]2
Abundante no solo não intensamente
lixiviado
Mica K2Al2O5[Si2O5]3Al4(OH)4
K2Al2O5[Si2O5]3(Mg,Fe)6(OH)4
Fonte de K na maioria dos solos de
zona temperada
Anfibolito (Ca,Na)2,3(Mg,Fe,Al)5(OH)2[(Si)4O11]2 Facilmente intemperizdo a minerais e
óxidos
Piroxênio (Ca,Mg,Fe,Ti,Al)(Si,Al)O3 Facilmente intemperizável
Olivina (Mg,Fe)2SiO4 Facilmente intemperizável
Epidoto Ca2(Al,Fe)3(OH)SiO12 Altamente resistentes ao intemperismo
químico; são “minerais índices” usados
em estudos pedológicos
Turmalina NaMg3Al6B3Si6O27(OH,F)4
Zircônio ZrSiO4
Rutilo TiO2
Caulinita Si4Al4O14(OH)8 Abundantes na argila como produtos
do intemperismo; fonte de cátions
trocáveis nos solos
Esmectita
Vermiculita
Clorita
Mx(Si,Al)8(Al,Fe,Mg)4º20(OH)4,
em que M = cátion intercamada
Alofana Si3Al4O12.nH2O Abundantes em solos derivados de
cinzas vulcânicasImogolita Si2Al4O10.5H2O
Gibbsita Al(OH)3 Abundante em solos lixiviados
Goethita FeO(OH) O mais abundante óxido de ferro
Hematita Fe2O3 Abundante em regiões quentes
Ferrihidrita Fe10O15.9H2O Abundante em horizontes orgânicos
Birnessita (Na,Ca)Mn7O14.2,8H2O O mais abundante óxido de Mn
Calcita CaCO3 O mais abundante carbonato
Gesso CaSO4.2H2O Abundante em regiões áridas
Fase sólida do solo (Tabela 1.3)
 Os seis primeiros silicatos são chamados de minerais primários, porque são tipicamente
herdados dos materiais de origem, ao contrário daqueles precipitados por meio dos
processos de intemperismo.
Os minerais epidoto, turmalina e rutilo são considerados altamente resistentes ao
intemperismo em ambiente de solo.
o Partindo-se da suposição de material de origem uniforme, a variação medida no
número relativo de grãos isolados destes minerais nas frações de areia fina ou de silte
grosseiro de um perfil de solo podem servir como indicadores das mudanças de massa
nos horizontes de solo produzidos pelo intemperismo.
 Os minerais caulinita até gesso são denominados de minerais secundários, e muitas vezes são
do tamanho da argila, mostrando uma estrutura atômica pobremente ordenada.
 Os silicatos secundários, esmectitas e vermiculita, geram carga líquida nas suas superfícies,
principalmente por causa de sua variabilidade na composição.
 Os óxidos metálicos, como a gibbsita e a goethita, tendem a persistir no ambiente de solo
por tempo mais longo
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Fase sólida do solo (Tabela 1.3)
 Os seis primeiros silicatos são chamados de minerais primários, porque são tipicamente
herdados dos materiais de origem, ao contrário daqueles precipitados por meio dos
processos de intemperismo.
Os minerais epidoto, turmalina e rutilo são considerados altamente resistentes ao
intemperismo em ambiente de solo.
o Partindo-se da suposição de material de origem uniforme, a variação medida no
número relativo de grãos isolados destes minerais nas frações de areia fina ou de silte
grosseiro de um perfil de solo podem servir como indicadores das mudanças de massa
nos horizontes de solo produzidos pelo intemperismo.
 Os minerais caulinita até gesso são denominados de minerais secundários, e muitas vezes são
do tamanho da argila, mostrando uma estrutura atômica pobremente ordenada.
 Os silicatos secundários, esmectitas e vermiculita, geram carga líquida nas suas superfícies,
principalmente por causa de sua variabilidade na composição.
 Os óxidos metálicos, como a gibbsita e a goethita, tendem a persistir no ambiente de solo
por tempo mais longo
Fase sólida do solo
 A matéria orgânica é, em si, um importante constituinte da porção sólida dos solos.
o A complexidade estrutural dos compostos orgânicos dos solos não permite fazer uma
listagem simples de compostos, porém as mais complexas, como as substâncias húmicas
(escuras e microbiologicamente modificadas), persistem no perfil do solo ao longo do
desenvolvimento do perfil.
o Os dois principais componentes das substâncias húmicas possuem a seguinte
composição média:
o C187H186O89N9S (nos ácidos húmicos) e
o C187H186O89N9S (nos ácidos fúlvicos).
 Essas fórmulas químicas médias podem ser comparadas com a razão molar média
C/N/P/S da matéria orgânica no solo, que é de 278:17:1:1
o Relativamente à MOS como um todo, os ácidos húmicos e fúlvicos são empobrecidos em
N, mas enriquecidos em S.
 A sua razão molar C/N é cerca de 50% do que a da matéria orgânica, indicando a
sua maior resistência a mineralização microbiológica líquida.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Fase sólida do solo
 A matéria orgânica é, em si, um importante constituinte da porção sólida dos solos.
o A complexidade estrutural dos compostos orgânicos dos solos não permite fazeruma
listagem simples de compostos, porém as mais complexas, como as substâncias húmicas
(escuras e microbiologicamente modificadas), persistem no perfil do solo ao longo do
desenvolvimento do perfil.
o Os dois principais componentes das substâncias húmicas possuem a seguinte
composição média:
o C187H186O89N9S (nos ácidos húmicos) e
o C187H186O89N9S (nos ácidos fúlvicos).
 Essas fórmulas químicas médias podem ser comparadas com a razão molar média
C/N/P/S da matéria orgânica no solo, que é de 278:17:1:1
o Relativamente à MOS como um todo, os ácidos húmicos e fúlvicos são empobrecidos em
N, mas enriquecidos em S.
 A sua razão molar C/N é cerca de 50% do que a da matéria orgânica, indicando a
sua maior resistência a mineralização microbiológica líquida.
Fase sólida do solo
 A matéria orgânica é, em si, um importante constituinte da porção sólida dos solos.
o A complexidade estrutural dos compostos orgânicos dos solos não permite fazer uma
listagem simples de compostos, porém as mais complexas, como as substâncias húmicas
(escuras e microbiologicamente modificadas), persistem no perfil do solo ao longo do
desenvolvimento do perfil.
o Os dois principais componentes das substâncias húmicas possuem a seguinte
composição média:
o C187H186O89N9S (nos ácidos húmicos) e
o C187H186O89N9S (nos ácidos fúlvicos).
 Essas fórmulas químicas médias podem ser comparadas com a razão molar média
C/N/P/S da matéria orgânica no solo, que é de 278:17:1:1
o Relativamente à MOS como um todo, os ácidos húmicos e fúlvicos são empobrecidos em
N, mas enriquecidos em S.
 A sua razão molar C/N é cerca de 50% do que a da matéria orgânica, indicando a
sua maior resistência a mineralização microbiológica líquida.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Fase sólida do solo
 A matéria orgânica é, em si, um importante constituinte da porção sólida dos solos.
o A complexidade estrutural dos compostos orgânicos dos solos não permite fazer uma
listagem simples de compostos, porém as mais complexas, como as substâncias húmicas
(escuras e microbiologicamente modificadas), persistem no perfil do solo ao longo do
desenvolvimento do perfil.
o Os dois principais componentes das substâncias húmicas possuem a seguinte
composição média:
o C187H186O89N9S (nos ácidos húmicos) e
o C187H186O89N9S (nos ácidos fúlvicos).
 Essas fórmulas químicas médias podem ser comparadas com a razão molar média
C/N/P/S da matéria orgânica no solo, que é de 278:17:1:1
o Relativamente à MOS como um todo, os ácidos húmicos e fúlvicos são empobrecidos em
N, mas enriquecidos em S.
 A sua razão molar C/N é cerca de 50% do que a da matéria orgânica, indicando a
sua maior resistência a mineralização microbiológica líquida.
COHH
CH
NH
C=O
CH
CH
NH
O
O
H
O
O
O
O
N
COOH
OH
OH
OH
R
COOH
N
(açúcar)
(Peptídeo)
OH
R
O O
H
O
OH
O
O
CH2CH
OH
COOH
COOH
C=OH
H
H
C OH)4
C=O
Figura 3. Estrutura hipotética do ácido húmico (Mordvedt et al., 1972).
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
COHH
CH
NH
C=O
CH
CH
NH
O
O
H
O
O
O
O
N
COOH
OH
OH
OH
R
COOH
N
(açúcar)
(Peptídeo)
OH
R
O O
H
O
OH
O
O
CH2CH
OH
COOH
COOH
C=OH
H
H
C OH)4
C=O
Figura 3. Estrutura hipotética do ácido húmico (Mordvedt et al., 1972).
HÚMUS
Ácidos Húmicos Ácidos Fúlvicos
extração com álcalis (NaOH)
Humina
(insolúvel)
Solúvel
Tratado com ácido
Ácido Himatomelânico
extração com álcool
(precipitados) (não precipitados)
redissolvido em base,
adiciona-se eletrólito
Ácido Húmico Cinzento
Ácido Húmico Bruno(precipitado)
(não precipitado)
Figura 4. Esquema de fracionamento das substâncias húmicas (Waksman, 1936).
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
HÚMUS
Ácidos Húmicos Ácidos Fúlvicos
extração com álcalis (NaOH)
Humina
(insolúvel)
Solúvel
Tratado com ácido
Ácido Himatomelânico
extração com álcool
(precipitados) (não precipitados)
redissolvido em base,
adiciona-se eletrólito
Ácido Húmico Cinzento
Ácido Húmico Bruno(precipitado)
(não precipitado)
Figura 4. Esquema de fracionamento das substâncias húmicas (Waksman, 1936).
Lignina
Aldeídos e
ácidos
polifenólicos
Utilização posterior pelos
microorganismos e oxidação a
gás carbônico
Resíduo
Ácidos Húmicos Ácidos Fúlvicos
Ataque pelos
microorganismos
Utilização
pelos
microorganismos
Fragmentação para
moléculas menores
Celulose e outros substratos
não-lignina
Polifenóis
Quinonas
Compostos
amino Compostos
amino
Figura 8. Representação esquemática da teoria polifenólica de formação do
húmus (Flaig, 1966; Kononova, 1966).
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Lignina
Aldeídos e
ácidos
polifenólicos
Utilização posterior pelos
microorganismos e oxidação a
gás carbônico
Resíduo
Ácidos Húmicos Ácidos Fúlvicos
Ataque pelos
microorganismos
Utilização
pelos
microorganismos
Fragmentação para
moléculas menores
Celulose e outros substratos
não-lignina
Polifenóis
Quinonas
Compostos
amino Compostos
amino
Figura 8. Representação esquemática da teoria polifenólica de formação do
húmus (Flaig, 1966; Kononova, 1966).
R ', R C O O R 'OÉ ste r R C
O
R 'C H 2R C H 2 OÉterN HIm inoC H N HN H , R
H
CImina R
OO
CO R '
O
C O O H
O
R CC e to á c idoR 'C e ton a R CR CAnidrido
, R C O O -
O
O
R CÍon carboxilatoO , R C O O H
H
R CAldeído
O HR C H 2ÁlcoolN H 2R C
O
Amida
H
N H 2
H
R CAmina
Figura 10. Grupos funcionais da matéria orgânica no solo
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
R ', R C O O R 'OÉ ste r R C
O
R 'C H 2R C H 2 OÉterN HIm inoC H N HN H , R
H
CImina R
OO
CO R '
O
C O O H
O
R CC e to á c idoR 'C e ton a R CR CAnidrido
, R C O O -
O
O
R CÍon carboxilatoO , R C O O H
H
R CAldeído
O HR C H 2ÁlcoolN H 2R C
O
Amida
H
N H 2
H
R CAmina
Q uinona
O
O
Hidroxiquinona
O
O
O H
O H O
O
C O O H
HR
C
H
N
OH
R
H N
H
C
C
Peptídeo
Figura 10. Grupos funcionais da matéria orgânica no solo
Elementos traço nos minerais de solos
 Um dos mais importantes aspectos da variabilidade na composição dos minerais do solo é o seu
conteúdo em elementos traço. Segundo Sposito, “Um elemento traço é qualquer elemento químico cuja
concentração em massa na fase sólida é 100 mg kg”.
 Os minerais de solo são reservatórios para esses elementos, liberando-os lentamente na solução do
solo pelo intemperismo.
 As principais formas nas quais importantes elementos traço ocorrem nos minerais primários e
secundários de solo (Tabela 1.4 e 1.5.)
o A Tabela 1.5 também indica os elementos traço encontrados tipicamente em associação com a
matéria orgânica.
 O fenômeno químico que ocorre é a coprecipitação, cujos tipos mais extensos de co-precipitação são
inclusão, adsorção e formação de solução sólida.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Elementos traço nos minerais de solos
 Um dos mais importantes aspectos da variabilidade na composição dos minerais do solo é o seu
conteúdo em elementos traço. Segundo Sposito, “Um elemento traço é qualquer elemento químico cuja
concentração em massa na fase sólida é 100 mg kg”.
 Os minerais de solo são reservatórios para esses elementos, liberando-os lentamente na solução do
solo pelo intemperismo.
 As principais formas nas quais importantes elementos traço ocorrem nos minerais primários e
secundáriosde solo (Tabela 1.4 e 1.5.)
o A Tabela 1.5 também indica os elementos traço encontrados tipicamente em associação com a
matéria orgânica.
 O fenômeno químico que ocorre é a coprecipitação, cujos tipos mais extensos de co-precipitação são
inclusão, adsorção e formação de solução sólida.
Elementos traço nos minerais de solos
Tabela 1.4. Ocorrência de elementos em minerais primários
Elemento Principais modos de ocorrência em minerais primários
B Turmalina (NaMg3Al6B3Si6O27(OH,F)4; substituição isomórfica por Si em
micas
Ti Rutilo (TiO2) e ilmenita FeTiO3); inclusão de óxidos em silicatos
V Substituição isomórfica por Fe em piroxênios e anfibólios e por Al em
micas; substituição por Fe em micas
Cr Cromita (FeCr2O4); substituição isomórfica por Fe e Al em outros
minerais do grupo “spinel”
Co Substituição isomórfica por Mn em óxidos e por Fe em piroxênios,
anfibólios e micas
Ni Inclusão de sulfetos em silicatos; substituição isomórfica por Fe em
olivinas, piroxênios, anfibólios, micas e acículas (“spinels” – Mg2Al2O4)
Cu Inclusão de sulfetos em silicatos; substituição isomórfica por Fe e Mg em
olivinas, piroxênios, anfibólios, e micas, e por Ca, K ou Na em feldspatos
Zn Inclusão de sulfetos em silicatos; substituição isomórfica por Fe e Mg em
olivinas, piroxênios, anfibólios, e micas, e por Fe e Mn em óxidos
As Minerais de arsenato: FeAsO4.2H2O, Mn(AsO4)2, etc.
Se Minerais de selenito: substituição isomórfica por S em sulfetos; selenito de
ferro
Mo Molibdenita (MoS2); substituição isomórfica por Fe emóxidos
Cd Inclusão de sulfetos e substiuição isomórfica por Cu, Zn, Hg e Pb em
sulfetos
Pb Inclusões de sulfeto e fofato; substiuição isomórfica por K em feldspatos e
micas, por Ca em feldspatos, piroxênios, e fosfatos, e por Fe e Mn em
óxidos
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Elementos traço nos minerais de solos
Tabela 1.4. Ocorrência de elementos em minerais primários
Elemento Principais modos de ocorrência em minerais primários
B Turmalina (NaMg3Al6B3Si6O27(OH,F)4; substituição isomórfica por Si em
micas
Ti Rutilo (TiO2) e ilmenita FeTiO3); inclusão de óxidos em silicatos
V Substituição isomórfica por Fe em piroxênios e anfibólios e por Al em
micas; substituição por Fe em micas
Cr Cromita (FeCr2O4); substituição isomórfica por Fe e Al em outros
minerais do grupo “spinel”
Co Substituição isomórfica por Mn em óxidos e por Fe em piroxênios,
anfibólios e micas
Ni Inclusão de sulfetos em silicatos; substituição isomórfica por Fe em
olivinas, piroxênios, anfibólios, micas e acículas (“spinels” – Mg2Al2O4)
Cu Inclusão de sulfetos em silicatos; substituição isomórfica por Fe e Mg em
olivinas, piroxênios, anfibólios, e micas, e por Ca, K ou Na em feldspatos
Zn Inclusão de sulfetos em silicatos; substituição isomórfica por Fe e Mg em
olivinas, piroxênios, anfibólios, e micas, e por Fe e Mn em óxidos
As Minerais de arsenato: FeAsO4.2H2O, Mn(AsO4)2, etc.
Se Minerais de selenito: substituição isomórfica por S em sulfetos; selenito de
ferro
Mo Molibdenita (MoS2); substituição isomórfica por Fe emóxidos
Cd Inclusão de sulfetos e substiuição isomórfica por Cu, Zn, Hg e Pb em
sulfetos
Pb Inclusões de sulfeto e fofato; substiuição isomórfica por K em feldspatos e
micas, por Ca em feldspatos, piroxênios, e fosfatos, e por Fe e Mn em
óxidos
Elementos traços nos solos
Tabela 1.5. Elementos traço co-precipitados com minerais secundários de solo e matéria
orgânica do solo.
Sólido Elementos traço co-precipitados
Òxidos de Fe e Al B, P, V, Mn, Ni, Cu, Zn, MO, As, Se
Óxidos de Mn P, Fe, Co, Ni, Zn, Mo, As, Se, Pb
Carbonatos de Ca P, V, Mn, Fe, Co, Cd
Ilitas B, V, Ni, Co, Cr, Cu, Zn, Mo, As, Se, Pb
Esmectitas B, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, NI, Cu, Zn, Pb
Vermiculitas Ti, Mn, Fe
Matéria orgânica Al, V, Cr, Mn, Fe, NI, Cu, Zn, Cd, Pb
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Elementos traços nos solos
Tabela 1.5. Elementos traço co-precipitados com minerais secundários de solo e matéria
orgânica do solo.
Sólido Elementos traço co-precipitados
Òxidos de Fe e Al B, P, V, Mn, Ni, Cu, Zn, MO, As, Se
Óxidos de Mn P, Fe, Co, Ni, Zn, Mo, As, Se, Pb
Carbonatos de Ca P, V, Mn, Fe, Co, Cd
Ilitas B, V, Ni, Co, Cr, Cu, Zn, Mo, As, Se, Pb
Esmectitas B, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, NI, Cu, Zn, Pb
Vermiculitas Ti, Mn, Fe
Matéria orgânica Al, V, Cr, Mn, Fe, NI, Cu, Zn, Cd, Pb
Minerais do solo
 Sólidos iônicos e ligações químicas
 Os elementos químicos podem ser divididos em dois grupos baseados na
tendência de ceder ou atrair elétrons.
 Aqueles do lado esquerdo da tabela periódica (metais alcalinos, Na e K, e metais
alcalinos terroos, Ca e Mg) possuem orbitais eletrônicos que são largamente
vazios. Esses elementos doam elétrons para adquirir uma configuração de gás
nobre e tornam-se mais estáveis.
 Aqueles elementos do lado direito da tabela periódica (halógenos, F, Cl, Br, I) são
aceitadores de elétrons porque possuem um orbital eletrônico que está quase
cheio. Esses elementos aceitam um elétron para adquirir uma configuração de
gás nobre e tornam-se mais estáveis.
 Os elementos entre os metais alcalinos e os halógenos na tabela periódica
variam nas suas tendências em aceitadores ou receptores de elétrons, dependem
da sua tendência em esvaziar ou preencher seus orbitais com elétrons.
o Os elementos que são doadores de elétrons são denominados metais;
o Os elementos que são receptores de elétrons são denominados de não
metálicos.
 Quando a transferência se efetiva, o metal (doador de elétrons) torna-se um
cátion (uma espécie positivamente carregada) e o não metal (aceitador de
elétrons) torna-se um ânion (uma espécie negativamente carregada).
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais do solo
 Sólidos iônicos e ligações químicas
 Os elementos químicos podem ser divididos em dois grupos baseados na
tendência de ceder ou atrair elétrons.
 Aqueles do lado esquerdo da tabela periódica (metais alcalinos, Na e K, e metais
alcalinos terroos, Ca e Mg) possuem orbitais eletrônicos que são largamente
vazios. Esses elementos doam elétrons para adquirir uma configuração de gás
nobre e tornam-se mais estáveis.
 Aqueles elementos do lado direito da tabela periódica (halógenos, F, Cl, Br, I) são
aceitadores de elétrons porque possuem um orbital eletrônico que está quase
cheio. Esses elementos aceitam um elétron para adquirir uma configuração de
gás nobre e tornam-se mais estáveis.
 Os elementos entre os metais alcalinos e os halógenos na tabela periódica
variam nas suas tendências em aceitadores ou receptores de elétrons, dependem
da sua tendência em esvaziar ou preencher seus orbitais com elétrons.
o Os elementos que são doadores de elétrons são denominados metais;
o Os elementos que são receptores de elétrons são denominados de não
metálicos.
 Quando a transferência se efetiva, o metal (doador de elétrons) torna-se um
cátion (uma espécie positivamente carregada) e o não metal (aceitador de
elétrons) torna-se um ânion (uma espécie negativamente carregada).
Minerais dos solos
 Os elementos químicos que formam os minerais do solo ocorrem tipicamente como
espécies iônicas, cuja configuração eletrônica é única e permanece a mesma, não
importando quais íons que possam ocorrer na estrutura do mineral.
 A interação entre um íon e outro de carga oposta na estrutura, no entanto, é
suficientemente forte para formar uma ligação química, chamada de ligação iônica.
o A predominânica da ligação iônica são comuns entre elementos tendo caráter metal e
não metal vastamente diferentes, como Na+ e Cl- no haleto, conhecido como sal de
cozinha.
 Quando dois elementos de caráter metal e não metal similar interagem, tais como N e O
no NO3-, os elétrons podem ser compartilhados (mas não transferidos) pelos átomosformando uma ligação com predominância do caráter covalente.
o O caráter covalente de uma ligação aumenta na em que medida que os átomos se
tornam mais iguais para atrair elétrons. Isto leva a dois pontos:
 nenhuma ligação é 100% iônica;
 as ligações 100% covalentes são encontradas nas moléculas formadas
pelo mesmo elemento (e. g., N2, O2, H2).
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos
 Os elementos químicos que formam os minerais do solo ocorrem tipicamente como
espécies iônicas, cuja configuração eletrônica é única e permanece a mesma, não
importando quais íons que possam ocorrer na estrutura do mineral.
 A interação entre um íon e outro de carga oposta na estrutura, no entanto, é
suficientemente forte para formar uma ligação química, chamada de ligação iônica.
o A predominânica da ligação iônica são comuns entre elementos tendo caráter metal e
não metal vastamente diferentes, como Na+ e Cl- no haleto, conhecido como sal de
cozinha.
 Quando dois elementos de caráter metal e não metal similar interagem, tais como N e O
no NO3-, os elétrons podem ser compartilhados (mas não transferidos) pelos átomos
formando uma ligação com predominância do caráter covalente.
o O caráter covalente de uma ligação aumenta na em que medida que os átomos se
tornam mais iguais para atrair elétrons. Isto leva a dois pontos:
 nenhuma ligação é 100% iônica;
 as ligações 100% covalentes são encontradas nas moléculas formadas
pelo mesmo elemento (e. g., N2, O2, H2).
Minerais dos solos
 Os elementos químicos que formam os minerais do solo ocorrem tipicamente como
espécies iônicas, cuja configuração eletrônica é única e permanece a mesma, não
importando quais íons que possam ocorrer na estrutura do mineral.
 A interação entre um íon e outro de carga oposta na estrutura, no entanto, é
suficientemente forte para formar uma ligação química, chamada de ligação iônica.
o A predominânica da ligação iônica são comuns entre elementos tendo caráter metal e
não metal vastamente diferentes, como Na+ e Cl- no haleto, conhecido como sal de
cozinha.
 Quando dois elementos de caráter metal e não metal similar interagem, tais como N e O
no NO3-, os elétrons podem ser compartilhados (mas não transferidos) pelos átomos
formando uma ligação com predominância do caráter covalente.
o O caráter covalente de uma ligação aumenta na em que medida que os átomos se
tornam mais iguais para atrair elétrons. Isto leva a dois pontos:
 nenhuma ligação é 100% iônica;
 as ligações 100% covalentes são encontradas nas moléculas formadas
pelo mesmo elemento (e. g., N2, O2, H2).
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos
 Os elementos químicos que formam os minerais do solo ocorrem tipicamente como
espécies iônicas, cuja configuração eletrônica é única e permanece a mesma, não
importando quais íons que possam ocorrer na estrutura do mineral.
 A interação entre um íon e outro de carga oposta na estrutura, no entanto, é
suficientemente forte para formar uma ligação química, chamada de ligação iônica.
o A predominânica da ligação iônica são comuns entre elementos tendo caráter metal e
não metal vastamente diferentes, como Na+ e Cl- no haleto, conhecido como sal de
cozinha.
 Quando dois elementos de caráter metal e não metal similar interagem, tais como N e O
no NO3-, os elétrons podem ser compartilhados (mas não transferidos) pelos átomos
formando uma ligação com predominância do caráter covalente.
o O caráter covalente de uma ligação aumenta na em que medida que os átomos se
tornam mais iguais para atrair elétrons. Isto leva a dois pontos:
 nenhuma ligação é 100% iônica;
 as ligações 100% covalentes são encontradas nas moléculas formadas
pelo mesmo elemento (e. g., N2, O2, H2).
Minerais dos solos (...)
Além das ligações iônicas e das covalentes existem ainda:
 Ligações de hidrogênio – ocorre entre hidrogênio e dois átomos de alta
eletronegatividade, tais como F, O e N.
o A ligação de hidrogênio é essencialmente, uma ligação eletrostática fraca,
mas é, no entanto, importante nas estruturas cristalinas de óxi-compostos,
como os silicatos em camadas. Somadas sobre muitos átomos, as
individualmente fracas ligações de hidrogênio podem ligar fortemente
estruturas adjacentes.
 Ligações de van de Waals – são a força eletrostática fraca entre cargas residuais
em moléculas.
o As cargas podem ser provenientes de dipolos naturais de moléculas não
simétricas, dipolos de polarização ou dipolos vibracionais.
o As forças de van der Waals são geralmente obscurecidas pelas mais fortes
ligações iônicas e covalentes, mas podem dominar as propriedades de
algumas moléculas.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos (...)
Além das ligações iônicas e das covalentes existem ainda:
 Ligações de hidrogênio – ocorre entre hidrogênio e dois átomos de alta
eletronegatividade, tais como F, O e N.
o A ligação de hidrogênio é essencialmente, uma ligação eletrostática fraca,
mas é, no entanto, importante nas estruturas cristalinas de óxi-compostos,
como os silicatos em camadas. Somadas sobre muitos átomos, as
individualmente fracas ligações de hidrogênio podem ligar fortemente
estruturas adjacentes.
 Ligações de van de Waals – são a força eletrostática fraca entre cargas residuais
em moléculas.
o As cargas podem ser provenientes de dipolos naturais de moléculas não
simétricas, dipolos de polarização ou dipolos vibracionais.
o As forças de van der Waals são geralmente obscurecidas pelas mais fortes
ligações iônicas e covalentes, mas podem dominar as propriedades de
algumas moléculas.
Minerais dos solos (...)
 O caráter real da ligação formada entre dois elementos é predito pela diferença nos seus
valores de EN (EN).
o Elementos com EN similar formam ligações covalentes principalmente, com pequeno
caráter de ligação iônica.
o Ao contrário, dois elementos com valores EN diferentes formam uma ligação cujo
caráter iônico é proporcional à magnitude de EN.
o A relação do caráter de ligação para os valores EN é apresentada na Figura 2.1,
usando EN e os valores constantes na Tabela 2.1 e a equação da percentagem do caráter
de ligação iônica:

desenvolvida por Linus Pauling para descrever a natureza da ligação química (Figura 2.1).
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos (...)
 O caráter real da ligação formada entre dois elementos é predito pela diferença nos seus
valores de EN (EN).
o Elementos com EN similar formam ligações covalentes principalmente, com pequeno
caráter de ligação iônica.
o Ao contrário, dois elementos com valores EN diferentes formam uma ligação cujo
caráter iônico é proporcional à magnitude de EN.
o A relação do caráter de ligação para os valores EN é apresentada na Figura 2.1,
usando EN e os valores constantes na Tabela 2.1 e a equação da percentagem do caráter
de ligação iônica:
  2EN0,25x-e-1100xiônicocaráterde%  
desenvolvida por Linus Pauling para descrever a natureza da ligação química (Figura 2.1).
Minerais dos solos (...)
Tabela 2.1. Caráter iônico de diversas ligações oxigênio–metal em relação à diferença na
eltronegatividade (EN) entre metais e oxigênio.
Elemento EN Ligação Composto EN % iônico
O 3,5
N 3,0 N–O NO3- 0,5 6
C 2,5 C–O CO32- 1,0 22
S 2,5 S–O SO42- 1,0 22
P 2,2 P–O PO43- 1,3 35
H 2,1 H–O H2O 1,4 39
Si 1,8 Si–O SiO2 1,7 51
Al 1,5 Al–O Al(OH)3 2,0 63
Mg 1,2 Mg–O MgSO4 2,3 74
Ca 1,0 Ca–O CaCO3 2,5 79
Na 0,9 NA–O NaNO3 2,6 82
K 0,8 K–O KNO3 2,7 84
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos (...)
Tabela 2.1. Caráter iônico de diversas ligações oxigênio–metal em relação à diferença na
eltronegatividade (EN)entre metais e oxigênio.
Elemento EN Ligação Composto EN % iônico
O 3,5
N 3,0 N–O NO3- 0,5 6
C 2,5 C–O CO32- 1,0 22
S 2,5 S–O SO42- 1,0 22
P 2,2 P–O PO43- 1,3 35
H 2,1 H–O H2O 1,4 39
Si 1,8 Si–O SiO2 1,7 51
Al 1,5 Al–O Al(OH)3 2,0 63
Mg 1,2 Mg–O MgSO4 2,3 74
Ca 1,0 Ca–O CaCO3 2,5 79
Na 0,9 NA–O NaNO3 2,6 82
K 0,8 K–O KNO3 2,7 84
Minerais dos solos (...)
 Quando o valor de EN é maior que aproximadamente 1,7 ( 50% de caráter iônico), a
ligação é identificada como uma ligação iônica.
 Exempos notáveis de ligações iônicas são as ligações cátion básico–oxigênio (e.g., K–O,
Na–O, Ca–O e Mg–O), a ligação Al–O e a Si–O.
o Os valores de EN que variam na faixa de 0,6 a 1,7 são indicativos de uma ligação
polar covalente. Nesse tipo de ligação, o átommo com maior EN tem uma proporção
maior de densidade eletrônica compartilhada, tornando-se levemente negativo. O
átomo com menor EN possui menor proporção de densidade eletrônica compartilhada,
e torna-se levemente positivo.
 As ligações C–O, S–O, P–O e H–O são exemplos do tipo de ligação polar covalente (é
tipo de ligação que confere propriedades únicas à água e à ligação de hidrogênio.
Quando EN é menor do que 0,7, como na ligação N–O, a ligação é não polar
covalente. Nesse tipo de ligações a valência dos elétrons quase que unicamente com as
espécies mais eletronegativas.
 Moléculas diatômicas, como H2, O2 e N2, e materais que consistem de um único
elemento, tal como o diamante, contêm ligações covalentes puras (EN = 0), com igual
compartilhamento de valência de elétrons.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos (...)
 Quando o valor de EN é maior que aproximadamente 1,7 ( 50% de caráter iônico), a
ligação é identificada como uma ligação iônica.
 Exempos notáveis de ligações iônicas são as ligações cátion básico–oxigênio (e.g., K–O,
Na–O, Ca–O e Mg–O), a ligação Al–O e a Si–O.
o Os valores de EN que variam na faixa de 0,6 a 1,7 são indicativos de uma ligação
polar covalente. Nesse tipo de ligação, o átommo com maior EN tem uma proporção
maior de densidade eletrônica compartilhada, tornando-se levemente negativo. O
átomo com menor EN possui menor proporção de densidade eletrônica compartilhada,
e torna-se levemente positivo.
 As ligações C–O, S–O, P–O e H–O são exemplos do tipo de ligação polar covalente (é
tipo de ligação que confere propriedades únicas à água e à ligação de hidrogênio.
Quando EN é menor do que 0,7, como na ligação N–O, a ligação é não polar
covalente. Nesse tipo de ligações a valência dos elétrons quase que unicamente com as
espécies mais eletronegativas.
 Moléculas diatômicas, como H2, O2 e N2, e materais que consistem de um único
elemento, tal como o diamante, contêm ligações covalentes puras (EN = 0), com igual
compartilhamento de valência de elétrons.
Figura 2.1. Caráter iônico e covalente das ligações metal–oxigênio como função da
diferença absoluta as eletronegatividades (EN) entre um metal e oxigênio.
A curva representa a equação do caráter iônico, desenvolvida por Linus
Pauling para descrever o caráter de ligação.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Figura 2.1. Caráter iônico e covalente das ligações metal–oxigênio como função da
diferença absoluta as eletronegatividades (EN) entre um metal e oxigênio.
A curva representa a equação do caráter iônico, desenvolvida por Linus
Pauling para descrever o caráter de ligação.
Minerais dos solos (...)
 A ligação de hidrogênio é responsável por propriedades únicas da água líquida e é
um signifcante tipo de ligação nos minerais do solo. A caulinita, por exemplo, é um
mineral de solo composto de lâminas alternadas de hidróxido de alumínio e de
silicato (Figura 2.2.).
Figura 2.2. Estrutura de ligação na caulinita. As ligações Si–O nos tetraedros de Si são
49% covalentes. Os átomos de oxigênio do Si tetraédrico apical são
compartilhados na coordenação octaédrica (37% de ligação covalente). A
unidade resultante, a lâmina planar tetraédrica de Si e a lâmina octaédrica de
Al, formam a base estrutural 1:1 unitária da caulinita. As unidades 1:1 são
coenctadas por ligações de hidrogênio entre átomos de oxigênio do Si basal e
por ligações Al-hidroxila.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos (...)
 A ligação de hidrogênio é responsável por propriedades únicas da água líquida e é
um signifcante tipo de ligação nos minerais do solo. A caulinita, por exemplo, é um
mineral de solo composto de lâminas alternadas de hidróxido de alumínio e de
silicato (Figura 2.2.).
Figura 2.2. Estrutura de ligação na caulinita. As ligações Si–O nos tetraedros de Si são
49% covalentes. Os átomos de oxigênio do Si tetraédrico apical são
compartilhados na coordenação octaédrica (37% de ligação covalente). A
unidade resultante, a lâmina planar tetraédrica de Si e a lâmina octaédrica de
Al, formam a base estrutural 1:1 unitária da caulinita. As unidades 1:1 são
coenctadas por ligações de hidrogênio entre átomos de oxigênio do Si basal e
por ligações Al-hidroxila.
Minerais dos solos (...)
 A estabilidade relativa de um mineral é determinada pela interação iônica, cujo
comportamento pode ser entendido com base na eletrostática clássica e na lei de
Coulomb.
o Properiedades atômicas mais importantes dos elementos metálicos: valência e raio
iônicos.
 A valência é simplesmente a razão entre a carga elétrica de uma espécie iônica para a
carga do próton.
 Entretanto, o raio iônico é um conceito menos direto porque o raio de um íon isolado
num sólido não pode ser medido, sendo uma quantidade definida, cuja cálculo é baseado
nos seguintes pressupostos:
o O raio do íon oxigênio em todos os minerais é 0,40 nm
o A soma dos raios do cátion e do ânion é iguala-se à distância interatômica entre dois
íons;
o O raio iônico depende do número de coordenação (= número de ânions que são os
mais próximos vizinhos de um cátion na estrutura de um mineral).
Na Tabela 2.3 encontram-se os raios iônicos calculados sob essas suposições a partir
de dados cristalográficos. Dependem da valência (Z), do número de coordenção (NC) do
cátion metálico, aumentando à medida que a valência decresce, mas aumenta com o número
de coordenação para uma valência constante.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos (...)
 A estabilidade relativa de um mineral é determinada pela interação iônica, cujo
comportamento pode ser entendido com base na eletrostática clássica e na lei de
Coulomb.
o Properiedades atômicas mais importantes dos elementos metálicos: valência e raio
iônicos.
 A valência é simplesmente a razão entre a carga elétrica de uma espécie iônica para a
carga do próton.
 Entretanto, o raio iônico é um conceito menos direto porque o raio de um íon isolado
num sólido não pode ser medido, sendo uma quantidade definida, cuja cálculo é baseado
nos seguintes pressupostos:
o O raio do íon oxigênio em todos os minerais é 0,40 nm
o A soma dos raios do cátion e do ânion é iguala-se à distância interatômica entre dois
íons;
o O raio iônico depende do número de coordenação (= número de ânions que são os
mais próximos vizinhos de um cátion na estrutura de um mineral).
Na Tabela 2.3 encontram-se os raios iônicos calculados sob essas suposições a partir
de dados cristalográficos. Dependem da valência (Z), do número de coordenção (NC) do
cátion metálico, aumentando à medida que a valência decresce, mas aumenta com o número
de coordenação para uma valência constante.
Minerais dos solos (...)
Tabela 2.2. Raio iônico (RI), número de coordenação (NC) e valência (Z) de cátions
metálicos.a
Metal Z CN RI (nm) Metal Z CN RI (nm) Metal Z CN RI (nm)
Li 1 4 0,059 Mn 2 6 0,083 Sr 2 6 0,118
1 6 0,076 3 6 0,065 Zr 4 8 0,084
Na 1 6 0,102 46 0,053 Ag 1 6 0,115
Mg 2 6 0,072 Fe 2 6 0,078 Cd 2 6 0,075
Al 3 4 0,039 3 6 0,065 Cs 1 6 0,167
3 6 0,054 Co 2 6 0,075 12 0,188
K 1 6 0,138 3 6 0,061 Ba 2 6 0,135
1 8 0,151 Ni 2 6 0,069 Hg 1 6 0,119
1 12 0,164 Cu 2 4 0,057 2 6 0,102
Ca 2 8 0,100 2 6 0,073 Pb 2 6 0,119
2 6 0,112 Zn 1 6 0,074 2 6 0,078
Ti 4 4 0,061 Rb 1 6 0,152
0,083 1 12 0,172
a R. D. Shannon. In Revised effective ionic radii and systematic studies of inter atomic distances in halides and chalcogenides, Acta Cryst.,
A32:751-76. 1976.
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Tabela 2.2. Raio iônico (RI), número de coordenação (NC) e valência (Z) de cátions
metálicos.a
Metal Z CN RI (nm) Metal Z CN RI (nm) Metal Z CN RI (nm)
Li 1 4 0,059 Mn 2 6 0,083 Sr 2 6 0,118
1 6 0,076 3 6 0,065 Zr 4 8 0,084
Na 1 6 0,102 4 6 0,053 Ag 1 6 0,115
Mg 2 6 0,072 Fe 2 6 0,078 Cd 2 6 0,075
Al 3 4 0,039 3 6 0,065 Cs 1 6 0,167
3 6 0,054 Co 2 6 0,075 12 0,188
K 1 6 0,138 3 6 0,061 Ba 2 6 0,135
1 8 0,151 Ni 2 6 0,069 Hg 1 6 0,119
1 12 0,164 Cu 2 4 0,057 2 6 0,102
Ca 2 8 0,100 2 6 0,073 Pb 2 6 0,119
2 6 0,112 Zn 1 6 0,074 2 6 0,078
Ti 4 4 0,061 Rb 1 6 0,152
0,083 1 12 0,172
a R. D. Shannon. In Revised effective ionic radii and systematic studies of inter atomic distances in halides and chalcogenides, Acta Cryst.,
A32:751-76. 1976.
Minerais dos solos (...)
Os números de coordenação preditos e observados do ânion oxigênio com os cátions
mais comuns são dados na Tabela 2.3.
 O íon Si4+ geralmente ocorre em coordenação tetraédrica. O alumínio geralmente ocorre
em coordenação octaédrica, mas também pode ocorrer em coordenação quádrupla ou
tetraédrica.
 Altas temperaturas de cristalização geralmente favorecem baixos números de coordenação. Em altas
temperaturas os minerais de Al3+ tendem a assumir a coordenação quádrupla e a substituir o Si. Em
baixas temperaturas o Al3+ tende a ocorrer em coordenação sêxtupla.
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Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos (...)
Os números de coordenação preditos e observados do ânion oxigênio com os cátions
mais comuns são dados na Tabela 2.3.
 O íon Si4+ geralmente ocorre em coordenação tetraédrica. O alumínio geralmente ocorre
em coordenação octaédrica, mas também pode ocorrer em coordenação quádrupla ou
tetraédrica.
 Altas temperaturas de cristalização geralmente favorecem baixos números de coordenação. Em altas
temperaturas os minerais de Al3+ tendem a assumir a coordenação quádrupla e a substituir o Si. Em
baixas temperaturas o Al3+ tende a ocorrer em coordenação sêxtupla.
Silício
Oxigênio
Alumínio, magnésio, ferro
Oxidrila
(a) (b) (c)
Silício
Oxigênio
Figura 1. Diagramas de (a) tetraedro de silício, (b) octaedro de alumínio (magnésio ou ferro)
e (c) posição e tamanho relativo dos átomos de oxigênio e silício.
Minerais dos solos (...)
 A estrutura octaédrica básica (Figura 1b) consiste de grupos de seis OH- coordenados ao
redor de um cátion central. A força de ligação eletrostática é 1/2 ou 1/3 , dependendo da
carga do íon central. A coordenação sêxtupla resulta em uma estrutura de oito faces,
donde o nome de octaedro.
 O buraco entre os ligantes de O2- nessa configuração tem um raio teórico de cerca de
0,061 nm. Íons comumente encontrados na coordenação octaédrica nos silicatos em
camadas incluem o Al3+ (com raio de 0,051 nm, nessa coordenação), Mg2+ (0,066 nm) e
Fe2+ (0,074 nm).
 Na Figura 1 (a) (b) o tamanho do oxigênio é grandemente reduzido para enfatizar as
posições relativas de cada íon, mas em (c) tem-se um representação mais precisa do
tetraedro de silício.
 Os minerais variam muito em sua composição. A substituição de um elemento por
outro na estrutura do mineral é mais regra do que exceção.
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Minerais dos solos (...)
 A estrutura octaédrica básica (Figura 1b) consiste de grupos de seis OH- coordenados ao
redor de um cátion central. A força de ligação eletrostática é 1/2 ou 1/3 , dependendo da
carga do íon central. A coordenação sêxtupla resulta em uma estrutura de oito faces,
donde o nome de octaedro.
 O buraco entre os ligantes de O2- nessa configuração tem um raio teórico de cerca de
0,061 nm. Íons comumente encontrados na coordenação octaédrica nos silicatos em
camadas incluem o Al3+ (com raio de 0,051 nm, nessa coordenação), Mg2+ (0,066 nm) e
Fe2+ (0,074 nm).
 Na Figura 1 (a) (b) o tamanho do oxigênio é grandemente reduzido para enfatizar as
posições relativas de cada íon, mas em (c) tem-se um representação mais precisa do
tetraedro de silício.
 Os minerais variam muito em sua composição. A substituição de um elemento por
outro na estrutura do mineral é mais regra do que exceção.
Minerais dos solos (...)
 Os termos substituição isomórfica, isomorfismo, substituição atômica ou solução sólida referem-se à
substituição de um elemento por outro nos cristais iônicos sem mudanças na estrutura do cristal.
Essa substituição ocorre durante o intemperismo.
 Célula unitária é definida em termos de suas dimensões repetidas ao longo dos eixos horizontais a e b
e vertical c, como mostra a Figura 2.
c
b
a
Figura 2. Esquema tridimensional de uma célula unitária.
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Minerais dos solos (...)
 Os termos substituição isomórfica, isomorfismo, substituição atômica ou solução sólida referem-se à
substituição de um elemento por outro nos cristais iônicos sem mudanças na estrutura do cristal.
Essa substituição ocorre durante o intemperismo.
 Célula unitária é definida em termos de suas dimensões repetidas ao longo dos eixos horizontais a e b
e vertical c, como mostra a Figura 2.
c
b
a
Figura 2. Esquema tridimensional de uma célula unitária.
Minerais dos solos (...)
 Para silicatos em camadas expansíveis, a dimensão c (espaçamento c) é variável,
mas as dimensões a e b são constantes para um dado mineral. O plano basal é o
plano entre células unitárias adjacentes paralelas ao plano a-b.
 As substituições mais comuns as estruturas silicatadas são:
o Al3+ por Si4- na coordenação tetraédrica de Mg2+, Fe2+
o ou Fe3+ por Al3+ na coordenação octaédrica.
 Substituições entre íons de carga desigual deixam excesso de carga negativa ou
positiva dentro do cristal. As substituições comumente encontradas em solos
produzem carga líquida negativa e contribuem para a capacidade de troca de
cátions dos solos. Um cristal é um arranjamento de íons ou átomos que é repetido
em intervalos regulares nas três dimensões. A menor unidade, repetida
tridimensionalmente é chamada de célula unitária.
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Minerais dos solos (...)
 Para silicatos em camadas expansíveis, a dimensão c (espaçamento c) é variável,
mas as dimensões a e b são constantes para um dado mineral. O plano basal é o
plano entre células unitárias adjacentes paralelas ao plano a-b.
 As substituições mais comuns as estruturas silicatadas são:
o Al3+ por Si4- na coordenação tetraédrica de Mg2+, Fe2+
o ou Fe3+ por Al3+ na coordenação octaédrica.
 Substituições entre íons de carga desigual deixam excesso de carga negativa ou
positiva dentro do cristal. As substituições comumente encontradas em solos
produzem carga líquida negativa e contribuem para a capacidade de troca de
cátions dos solos. Um cristal é um arranjamento de íons ou átomos que é repetido
em intervalos regulares nas três dimensões. A menor unidade, repetida
tridimensionalmente é chamada de célula unitária.
Características dos silicatos em camadas
Os silicatos em camadas diferenciam-se pelo número e seqüência de camadas te-
traédricas e octaédricas, pela carga de camada por célula unitária, tipos de ligações in-ter-camadas e cátions inter-camadas, cátions de camada octaédrica, tipo de empilha-
mento na dimensão c. Assim, temos os seguintes principais silicatos em camadas. Nas Fi-
guras 3 e 4 encontram-se as estruturas esquemáticas da caulinita e da montmorilonita.
a) Caulinita – caracteriza-se pela superposição de uma camada tetraédri-
ca por outra octaédrica. A caulinita é formada por cristais hexagonais e pos-
sui diâmetro efetivo de 0,2 a 2 m. As ligações de pontes de H entre unidades
de camadas previne a expansão do mineral. Possui espaçamento basal fixo de
0,72 nm.
A área de superfície (superfície específica) é limitadas às superfícies externas dos
cristais, que está ao redor de 10 a 20 m2 g-1. A caulinita é considerada é considerada ar-
gila grossa, de baixa atividade química, baixa plasticidade e coesão, etc.
As cargas elétricas (expressas pela CTC) da caulinita são provenientes essenci-
almente da dissociação de –OH- das arestas dos cristais, chamadas de ligações partidas,
não havendo contribuição significativa da substituição isomórfica. A capacidade de tro-
ca de cátions (CTC) varia de 1 a 10 cmolc kg-1., que é altamente dependente do pH do
meio.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Características dos silicatos em camadas
Os silicatos em camadas diferenciam-se pelo número e seqüência de camadas te-
traédricas e octaédricas, pela carga de camada por célula unitária, tipos de ligações in-
ter-camadas e cátions inter-camadas, cátions de camada octaédrica, tipo de empilha-
mento na dimensão c. Assim, temos os seguintes principais silicatos em camadas. Nas Fi-
guras 3 e 4 encontram-se as estruturas esquemáticas da caulinita e da montmorilonita.
a) Caulinita – caracteriza-se pela superposição de uma camada tetraédri-
ca por outra octaédrica. A caulinita é formada por cristais hexagonais e pos-
sui diâmetro efetivo de 0,2 a 2 m. As ligações de pontes de H entre unidades
de camadas previne a expansão do mineral. Possui espaçamento basal fixo de
0,72 nm.
A área de superfície (superfície específica) é limitadas às superfícies externas dos
cristais, que está ao redor de 10 a 20 m2 g-1. A caulinita é considerada é considerada ar-
gila grossa, de baixa atividade química, baixa plasticidade e coesão, etc.
As cargas elétricas (expressas pela CTC) da caulinita são provenientes essenci-
almente da dissociação de –OH- das arestas dos cristais, chamadas de ligações partidas,
não havendo contribuição significativa da substituição isomórfica. A capacidade de tro-
ca de cátions (CTC) varia de 1 a 10 cmolc kg-1., que é altamente dependente do pH do
meio.
Ligações-H entre planos basais
Caulinita - Al 2Si 2O 5(OH) 4
O
OH
Al
O, OH
Si
O
espaçamento-c
 0,72 nm
Figura 3. Estrutura esquemática da caulinita (segundo Bear, 1964).
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Ligações-H entre planos basais
Caulinita - Al 2Si 2O 5(OH) 4
O
OH
Al
O, OH
Si
O
espaçamento-c
 0,72 nm
Figura 3. Estrutura esquemática da caulinita (segundo Bear, 1964).
Minerais dos solos (...)
 Esmectitas – são os silicatos de camadas tipo 2:1 (2 tetraedros para 1 oc-
taedro).
 Possuem baixa carga por camada e são levemente expansivas. O espaçamento c
varia com o cátion trocável e o grau de solvatação inter-camadas. A substituição
do cátion predominante e em que camada se dá substituição isomórfica determi-
na o tipo de esmectita, por montmorilonita. As esmectitas são argilas típicas de
solos pouco intemperizados, como os vertissolos. A CTC da montmorilonita varia entre 80 e 120 cmolc kg-1, praticamente não de-
pende do pH, é composta de cristais finos e irregulares, com diâmetro efetivo de
0,01 a 1 m.
A expansibilidade do mineral, com espaçamento basal c variando e 0,98 a
1,8 nm, faz com que 80% da superfície específica, variável de 600 a 800 m2
g-1, seja devida à superfície interna.
 Vermiculitas – são minerais que resultam da alteração hidrotermal das
micas, com CTC variável de 120 a 150 cmolc kg-1, com carga fracamente depen-
dente de pH.
 A expansão é menor do que na montmorilonita, por causa da menor carga de
camada. O mineral é não expansivo, com espaçamento basal c de 1,0 nm, quan-
do saturado com K+ ou NH4+, que não podem ser intercambiados com soluções
salinas.
A superfície específica da vermiculita, quando não saturada com K+ ou NH4+
varia de 600 a 800 m2 g-1.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos (...)
 Esmectitas – são os silicatos de camadas tipo 2:1 (2 tetraedros para 1 oc-
taedro).
 Possuem baixa carga por camada e são levemente expansivas. O espaçamento c
varia com o cátion trocável e o grau de solvatação inter-camadas. A substituição
do cátion predominante e em que camada se dá substituição isomórfica determi-
na o tipo de esmectita, por montmorilonita. As esmectitas são argilas típicas de
solos pouco intemperizados, como os vertissolos. A CTC da montmorilonita varia entre 80 e 120 cmolc kg-1, praticamente não de-
pende do pH, é composta de cristais finos e irregulares, com diâmetro efetivo de
0,01 a 1 m.
A expansibilidade do mineral, com espaçamento basal c variando e 0,98 a
1,8 nm, faz com que 80% da superfície específica, variável de 600 a 800 m2
g-1, seja devida à superfície interna.
 Vermiculitas – são minerais que resultam da alteração hidrotermal das
micas, com CTC variável de 120 a 150 cmolc kg-1, com carga fracamente depen-
dente de pH.
 A expansão é menor do que na montmorilonita, por causa da menor carga de
camada. O mineral é não expansivo, com espaçamento basal c de 1,0 nm, quan-
do saturado com K+ ou NH4+, que não podem ser intercambiados com soluções
salinas.
A superfície específica da vermiculita, quando não saturada com K+ ou NH4+
varia de 600 a 800 m2 g-1.
Figura 3. Estrutura esquemática imagem (TEM) da montmorilonita (Bear, 1964).
Montmorilonita - Na
x
(Al 2-x Mg) Si 4O 10 (OH) 2
Si
Al, Mg
O, OH
Si
O
 espaçamento-c
de 0,96 a 1,80 nm
 ou mais
Si
O
Na
O, OH
O
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Figura 3. Estrutura esquemática imagem (TEM) da montmorilonita (Bear, 1964).
Montmorilonita - Na
x
(Al 2-x Mg) Si 4O 10 (OH) 2
Si
Al, Mg
O, OH
Si
O
 espaçamento-c
de 0,96 a 1,80 nm
 ou mais
Si
O
Na
O, OH
O
Minerais dos solos (...)
Características dos silicatos em camadas
 Micas – são minerais 2:1, com substituição isomórfica nas camadas
tetraédrica e octaédrica, próxima à unidade de camada de superfície. Há forte
retenção de íons K+, que não é intercambiado por determinações padrão de
CTC. A carga de camada é relativamente alta (cerca de –1 para a mica).
o A CTC varia de 40 a 80 cmolc kg-1.
o A superfície específica das micas é de cerca de 70 a 120 m2 g-1, os minerais
não são expansivos e moderadamente plásticos. As micas são uma fonte
nativa de potássio nativo.
 Cloritas – são minerais do tipo 2:1:1, com substituição isomórfica e carga
positiva na camada tetraédrica, tipo “brucita”, ensanduichada entre camadas tipo
mica (com carga negativa), o que restringe a expansão e reduz a CTC, que varia de
10 a 40 cmolc kg-1.
o A superfície específica varia de 70 a 150 m2 g-1.
 A composição elementar das cloritas varia muito, podendo ocorrer elementos
tóxicos, como Ni e Cr, principalmente nas cloritas máficas (com altos teores de Fe e
Mg).
 Os solos derivados de serpentinitos contém cloritas, que muitas vezes são inférteis
pelos elevados teores de magnésio e baixos de Ca.
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Minerais dos solos (...)
Características dos silicatos em camadas
 Micas – são minerais 2:1, com substituição isomórfica nas camadas
tetraédrica e octaédrica, próxima à unidadede camada de superfície. Há forte
retenção de íons K+, que não é intercambiado por determinações padrão de
CTC. A carga de camada é relativamente alta (cerca de –1 para a mica).
o A CTC varia de 40 a 80 cmolc kg-1.
o A superfície específica das micas é de cerca de 70 a 120 m2 g-1, os minerais
não são expansivos e moderadamente plásticos. As micas são uma fonte
nativa de potássio nativo.
 Cloritas – são minerais do tipo 2:1:1, com substituição isomórfica e carga
positiva na camada tetraédrica, tipo “brucita”, ensanduichada entre camadas tipo
mica (com carga negativa), o que restringe a expansão e reduz a CTC, que varia de
10 a 40 cmolc kg-1.
o A superfície específica varia de 70 a 150 m2 g-1.
 A composição elementar das cloritas varia muito, podendo ocorrer elementos
tóxicos, como Ni e Cr, principalmente nas cloritas máficas (com altos teores de Fe e
Mg).
 Os solos derivados de serpentinitos contém cloritas, que muitas vezes são inférteis
pelos elevados teores de magnésio e baixos de Ca.
Minerais dos solos (...)
 Algumas partículas extremamente finas podem aparecer amorfos em muitos testes de
cristalinidade, sendo então chamados de criptocristalinos.
 As alofanas são gels amorfos de aluminossilicatos, de composição variável em
óxidos hidratados de ferro e alumínio e de silício, com a presença de menores
quantidades de cálcio, magnésio, potássio e sódio.
o A superfície específica das alofanas varia de 70 a 300 m2 g-1, em função do maior ou
menor grau de cristalinidade e do pH.
o Foram inicialmente detectadas em solos de cinzas vulcânicas, mas devem existir na
maioria dos solos como um produto intermediário do intemperismo.
o A CTC é em soluções neutras a fracamente alcalinas, da ordem de 150 cmolc kg-1,
dependendo do pH e do grau de hidratação. Os cátions trocáveis em tais condições
são fracamente adsorvidos e sujeitos à intensa lixiviação.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos (...)
 Algumas partículas extremamente finas podem aparecer amorfos em muitos testes de
cristalinidade, sendo então chamados de criptocristalinos.
 As alofanas são gels amorfos de aluminossilicatos, de composição variável em
óxidos hidratados de ferro e alumínio e de silício, com a presença de menores
quantidades de cálcio, magnésio, potássio e sódio.
o A superfície específica das alofanas varia de 70 a 300 m2 g-1, em função do maior ou
menor grau de cristalinidade e do pH.
o Foram inicialmente detectadas em solos de cinzas vulcânicas, mas devem existir na
maioria dos solos como um produto intermediário do intemperismo.
o A CTC é em soluções neutras a fracamente alcalinas, da ordem de 150 cmolc kg-1,
dependendo do pH e do grau de hidratação. Os cátions trocáveis em tais condições
são fracamente adsorvidos e sujeitos à intensa lixiviação.
Minerais dos solos (...)
 Os principais minerais acessórios de alumínio e ferro (óxidos livres) são:
o Gibbsita cristalina [Al2(OH)2]– é o mais abundante dos
hidróxidos livre de alumínio e a forma mais estável de hidróxido de Al em
baixa temperatura. Ocorre em solos altamente intemperizados;
o Boehmita [AlOOH] – é um hidróxi-óxido de Al e ocorre em solos
altamente intemperizados e lixiviados. Pode ser formado a partir por
aquecimento a 1300C;
o Hematita [Fe2O3] – ocorre em solos altamente intemperizados e tem
cor rósea e vermelho vivo;
o Goethita [FeOOH] – é um hidroxi-óxido de ferro, que também ocorre
em solos altamente intemperizados e apresenta cor marrom a amarelo-bruno
escuro.
 A hematita e a goethita ocorrem como “coatings” amorfos de partículas de muitos
solos. A cristalização desses compostos amorfos de ferro é a responsável pelo
endurecimento irreversível de materiais plínticos por secagem prolongado,
transformando-os em petroplintitas.
 Magnetita [Fe2O4] – é o ferro magnético diretamente herdado do material de
origem.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Minerais dos solos (...)
 Os principais minerais acessórios de alumínio e ferro (óxidos livres) são:
o Gibbsita cristalina [Al2(OH)2]– é o mais abundante dos
hidróxidos livre de alumínio e a forma mais estável de hidróxido de Al em
baixa temperatura. Ocorre em solos altamente intemperizados;
o Boehmita [AlOOH] – é um hidróxi-óxido de Al e ocorre em solos
altamente intemperizados e lixiviados. Pode ser formado a partir por
aquecimento a 1300C;
o Hematita [Fe2O3] – ocorre em solos altamente intemperizados e tem
cor rósea e vermelho vivo;
o Goethita [FeOOH] – é um hidroxi-óxido de ferro, que também ocorre
em solos altamente intemperizados e apresenta cor marrom a amarelo-bruno
escuro.
 A hematita e a goethita ocorrem como “coatings” amorfos de partículas de muitos
solos. A cristalização desses compostos amorfos de ferro é a responsável pelo
endurecimento irreversível de materiais plínticos por secagem prolongado,
transformando-os em petroplintitas.
 Magnetita [Fe2O4] – é o ferro magnético diretamente herdado do material de
origem.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
o (a) Gibbsita cristalina [Al2(OH)2]– é o mais abundante dos hidróxidos livre de
alumínio e a forma mais estável de hidróxido de Al em baixa temperatura. Ocorre em
solos altamente intemperizados;
o (b) Goethita [FeOOH] – é um hidroxi-óxido de ferro, que também ocorre em solos
altamente intemperizados e apresenta cor marrom a amarelo-bruno escuro;
oBoehmita [AlOOH] – é um hidróxi-óxido de Al e ocorre em solos altamente
intemperizados e lixiviados. Pode ser formado a partir por aquecimento a 1300C;
Mineralogia de argilas
Análise de difração de raios-X (DRX)
 Ferramenta para a identificação direta dos minerais cristalinos de
solo.
 As propriedades dos cristais que permitem difração de raios-X para fornecer
informação definitiva são:
o (1) as locações dos átomos na estrutura são fixas no espaço tridimensional;
o (2) o arranjamento dos átomos é repetitivo (é o conceito de célula unitária);
o (3) cada mineral é estruturalmente único.
 As duas primeiras características levam à viabilidade de uso da difração de raios-X
como ferramenta, enquanto que a terceira característica leva à identificação
inambígua dos minerais cristalinos.
 Como cada mineral é único, cada mineral irá produzir um padrão único de
difração, tal como uma impressão digital.
Química e mineralogia do solo aplicada à
Pedologia e Fertilidade do Solo
Mineralogia de argilas
Análise de difração de raios-X (DRX)
 Ferramenta para a identificação direta dos minerais cristalinos de
solo.
 As propriedades dos cristais que permitem difração de raios-X para fornecer
informação definitiva são:
o (1) as locações dos átomos na estrutura são fixas no espaço tridimensional;
o (2) o arranjamento dos átomos é repetitivo (é o conceito de célula unitária);
o (3) cada mineral é estruturalmente único.
 As duas primeiras características levam à viabilidade de uso da difração de raios-X
como ferramenta, enquanto que a terceira característica leva à identificação
inambígua dos minerais cristalinos.
 Como cada mineral é único, cada mineral irá produzir um padrão único de
difração, tal como uma impressão digital.
Mineralogia de argilas
Análise de difração de raios-X (DRX)
 Princípios
A difração de raios-X é produzida bombardeando uma lâmina delgada metálica
(mais comumente uma lâmina de Cu, mas outros metais também são empregados) com
elétrons.
 Os elétrons bombardeantes colidem com os elétrons que residem nos orbitais
eletrônicos da lâmina de metal, deslocando os elétrons orbitais e deixando vacâncias
nos orbitais.
 A resultante configuração eletrônica instável é imediatamente estabilizada pelos
elétrons da coroa externa que decaem (em energia e locação) para preenher as
vacâncias. A energia perdida pelo deslocamento de elétrons