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COLÓIDES DO SOLO Luciano da Silva Souza CCA 281 – Fundamentos do Solo I Fundamentos do Solo I – 2016.I (T02) Mensagem da aula C ol ói de s do s ol o A parcela mais ativa do solo é a que se encontra em estado coloidal, compondo-se de dois tipos de matérias coloidais: inorgânicas (argilas) e orgânicas (húmus). Objetivo C ol ói de s do s ol o Conhecer a gênese e as características dos colóides orgânicos e inorgânicos do solo. Conceito O termo colóide aplica-se ao material que se encontra em estado de grande desagregação em partículas microscópicas, aproximando-se da subdivisão molecular.Co ló id es d o so lo Os materiais no estado coloidal diferenciam-se especialmente por: ● grande área superficial específica ● capacidade de fixar e reter gases, sólidos, sais e íons ● catálise – propriedade de acelerar ou retardar reações químicas. Conceito C ol ói de s do s ol o ● grande área superficial específica In te m pe ris m o Conceito Conceito C ol ói de s do s ol o lados lados cubos (área superficial total) (área superficial total) Os materiais no estado coloidal diferenciam-se especialmente por: ● grande área superficial específica ● capacidade de fixar e reter gases, sólidos, sais e íons ● catálise – propriedade de acelerar ou retardar reações químicas. Conceito C ol ói de s do s ol o Conceito Um sistema coloidal pode ser definido como um sistema em que as partículas coloidais de um material (sólido, líquido ou gasoso) encontram-se heteroge- neamente dispersas em um segundo material coloidal (sólido, líquido ou gasoso). C ol ói de s do s ol o Conceito C ol ói de s do s ol o Exemplos de sistemas coloidais Sistema coloidal Fase dispersa Meio de dispersão Nuvem Água Ar Gelatina Amido Água Solo Sólidos Água ou ar Constituintes do solo mineral Ar Parte mineral Parte orgânica Água 25% 50% 5% 20% C ol ói de s do s ol o Parte mineral: Partículas unitárias originadas do intemperismo das rochas Areia Silte Argila (2-0,02 mm) (0,02-0,002) (<0,002 mm) Colóides inorgânicosArgila coloidal Argila <0,001 mm Constituintes do solo mineral C ol ói de s do s ol o Parte orgânica: Resíduos animais e vegetais parcial ou totalmente decompostos Húmus (coloidal) Colóides orgânicos Constituintes do solo mineral C ol ói de s do s ol o Minerais do solo Minerais primários Minerais secundáriosC ol ói de s do s ol o IntemperismoIntemperismo Minerais do solo ● Minerais primários – remanescentes das rochas ou sedimentos que deram origem ao solo C ol ói de s do s ol o Minerais do solo (Mg, Fe)2SiO4Olivinas MgSiO3Piroxênios Ca2Mg5(OH)2Si8O22Anfibólios K(Mg, Fe)3(OH, F)2Si3AlO10Biotita SiO2Quartzo (Na, Ca) Si2AlO8 Plagioclásios (feldspatos cálcio- sódicos) KSi3AlO8Feldspatos potássicos FórmulaMinerais Principais minerais primários do solo C ol ói de s do s ol o Minerais do solo ● Minerais primários – remanescentes das rochas ou sedimentos que deram origem ao solo C ol ói de s do s ol o ● Minerais secundários – formados a partir de minerais preexistentes Minerais do solo C ol ói de s do s ol o ● Minerais primários – areia e silte ● Minerais secundários – maior parte da fração argila - Minerais silicatados - Minerais oxídicos Minerais secundários do solo Minerais secundários silicatados Argilas silicatadas Silicatos hidratados de Al, com substituição de Si por Al ou Al por Mg ou Fe Argilominerais Montmorilonita Vermiculita Caulinita Cristalinos Alofanas Amorfos C ol ói de s do s ol o Minerais secundários do solo Minerais secundários oxídicos Óxidos e oxi-hidróxidos de Fe e Al Gibbsita [Al(OH)3] Hematita (Fe2O3) Goethita (FeOOH) C ol ói de s do s ol o Minerais do solo C ol ói de s do s ol o ● Minerais primários – areia e silte ● Minerais secundários – maior parte da fração argila - Minerais silicatadosMinerais silicatados - Minerais oxídicos C ol ói de s do s ol o Minerais silicatados C ol ói de s do s ol o Minerais silicatados C ol ói de s do s ol o Minerais silicatados Minerais argilosos silicatados (argilominerais) são justaposição de: C ol ói de s do s ol o Minerais silicatados C ol ói de s do s ol o Argilominerais ● Grupo da montmorilonita Grupo da montmorilonita –– tipo 2:1tipo 2:1 ● Grupo da caulinita – tipo 1:1 C ol ói de s do s ol o Argilominerais ● Grupo da montmorilonita Grupo da montmorilonita –– tipo 2:1tipo 2:1 ● Grupo da caulinita – tipo 1:1 Montmorilonita C ol ói de s do s ol o Hidrólise parcial – fluxo de soluções muito menos intenso Bissialitização (formação de montmorilonita) (Climas mais secos, em soluções aquosas com pH elevado e com pouca lixiviação) 87% de eliminação do K, 46% do Si e permanência de todo o Al 2,3KAlSi3O8 + 8,4H2O Si3,7Al0,3O10 Al2(OH)2 K0,3 + 3,2H4SiO4 + 2K+ + 2OH- (K feldspato) (montmorilonita) Minerais secundários do solo C ol ói de s do s ol o C ol ói de s do s ol o Montmorilonita Montmorilonita Al O, OH Si O O, OH Si O C ol ói de s do s ol o Ligação iônica entre o O apical do tetraedro e o Al do octaedro Não existem ligações de pontes de H entre as unidades 2:1 Montmorilonita C ol ói de s do s ol o Montmorilonita C ol ói de s do s ol o Montmorilonita Características: ● Cargas em função de substituição isomórfica (Al por Mg) ● Baixa densidade de cargas entre as unidades estruturais ● Alta expansibilidade, distância entre planos atômicos não fixa ● Troca de materiais (cátions, água,...) entre as unidades 2:1 ● Superfície específica alta (600-800m2/g) – superfícies internas ● Alta CTC (80-120 cmolc/kg), quase independente do pH ● Atividade coloidal alta altas plasticidade, pegajosidade, coesão e capacidade de expansão e contração ● Provoca características específicas nos solos (rachaduras, estruturas prismáticas, “slikensides”...). C ol ói de s do s ol o Montmorilonita C ol ói de s do s ol o C ol ói de s do s ol o Argilominerais ● Grupo da montmorilonita Grupo da montmorilonita –– tipo 2:1tipo 2:1 ● Grupo da caulinita – tipo 1:1 In te m pe ris m o Caulinita Hidrólise parcial – fluxo de soluções mais intenso 100% de eliminação do K, 66% do Si e permanência de todo o Al 2KAlSi3O8 + 11H2O Si2Al2O5(OH)4 + 4H4SiO4 + 2K+ + 2OH- (K feldspato) (caulinita) Monossialitização (formação de caulinita) (Condições de médio fluxo de lixiviação, pH 5-7 e remoção parcial de sílica) C ol ói de s do s ol o Caulinita C ol ói de s do s ol o Caulinita Caulinita OH Al O, OH Si O OH Al O, OH Si O OH C ol ói de s do s ol o Ligação iônica entre o O apical do tetraedro e o Al do octaedro Ligação de pontes de H entre as unidades 1:1 Ligação de pontes de H entre as unidades1:1 Caulinita C ol ói de s do s ol o Montmorilonita C ol ói de s do s ol o Caulinita C ol ói de s do s ol o Caulinita Características: ● Baixa expansibilidade, distância entre planos atômicos fixa ● Inexistência de troca de materiais entre as unidades 1:1 ● Morfologia hexagonal ● Superfície específica baixa (10-20 m2/g) ● Baixa CTC (3-10 cmolc/kg), altamente dependente do pH ● Cargas em função de pH (sem substituição isomórfica) nas bordas quebradas do mineral ● Atividade coloidal baixa baixas plasticidade, pegajosidade, coesão e capacidade de expansão e contração ● Ocorrência extremamente grande nos solos brasileiros. C ol ói de s do s ol o Minerais do solo C ol ói de s do s ol o ● Minerais primários – areia e silte ● Minerais secundários – maior parte da fração argila - Minerais silicatados - Minerais oxMinerais oxíídicosdicos C ol ói de s do s ol o ● Óxidos de Al ● Óxidos de Fe Minerais oxídicos C ol ói de s do s ol o Minerais oxídicos ● Importância significativa nos solos tropicais ● Forte influência nas proprieda- des dos solos ● Exemplos: hematita, goethita, gibbsita, lepdocrocita, maghemita, magnetita... C ol ói de s do s ol o ● ÓÓxidos de Alxidos de Al ● Óxidos de Fe Minerais oxídicos In te m pe ris m o Minerais oxídicos Formação de gibbsita: 100% de eliminação do K e Si e permanência de todo o Al 2KAlSi3O8 + 11H2O Si2Al2O5(OH)4 + 4H4SiO4 + 2K+ + 2OH- (K feldspato) (caulinita) Si2Al2O5(OH)4 + 5H2O 2Al(OH)3 + 2H4SiO4 Alitização C ol ói de s do s ol o Óxidos de Al Hidrólise total – pluviosidade alta e drenagem eficiente 100% de eliminação do K e Si e permanência de todo o Al KAlSi3O8 + 8H2O Al(OH)3 + 3H4SiO4 + K+ + OH- (K feldspato) (gibbsita) Alitização (formação de gibbsita, hematita ou goethita) (Condições de alto fluxo de lixiviação, pH baixo e remoção completa da sílica) C ol ói de s do s ol o Óxidos de Al Óxidos de Al Características: ● Indica o estádio de intemperismo intenso nos solos: - Solos mais jovens intemperismo de minerais primários - Solos mais velhos lixiviação de quase todos os constituintesC ol ói de s do s ol o ● Mais importante: gibbsita – Al(OH)3 C ol ói de s do s ol o ● Óxidos de Al ● ÓÓxidos de Fexidos de Fe Minerais oxídicos C ol ói de s do s ol o Intemperismo de minerais primários reações hidrolíticas e oxidativas: 2FeSiO3 + 4H2O + ½O2 Fe2O3+ 2H4SiO4 (Olivina) (Hematita) Fe2O3 + H2O 2FeO(OH) (Hematita) (Goethita) Óxidos de Fe Óxidos de Fe Tipos de Tipos de óóxidos de Fe:xidos de Fe: ● Hematita (α – Fe2O3) - Formação nas posições mais elevadas na paisagem, solos derivados de rochas máficas e regiões quentes ● Goethita (α – FeOOH) - Alta ocorrência nos solos brasileiros - Ocorre em quase todos os tipos de solos e condições climáticas ● Maghemita (γ - Fe2O3) e Magnetita (Fe3O4) - Minerais acessórios nas rochas ígneas (básicas e ultrabásicas), geralmente na fração areia - Alta susceptibilidade magnética C ol ói de s do s ol o ● Indica o estádio de intemperismo nos solos: - Solos mais jovens Fe total > Fe óxidos - Solos mais velhos Fe total = Fe óxidos ● Imprime cor aos solos: - Hematita vermelho – maior poder pigmentante. - Goethita amarelo - Hematita + goethita alaranjado - Ambientes redutores Fe3+ Fe2+ (destruição dos óxidos) cores esbranquiçadas ou acinzentadas (argila e/ou M.O.) ● Formação de agregados pequenos e estáveis (Latossolos): argila + óxidos agregados estáveis ≈ tamanho de areia ● Superfície específica alta (100-400m2/g) – superfícies internas ● Pode adsorver ânions e cátions (fosfatos e metais pesados) C ol ói de s do s ol o Óxidos de Fe - Características Fatores condicionantes da formação de minerais secundá- rios: ● Relação Si:Al do meio ● Presença de metais alcalinos ou alcalino-terrosos ● Balanço precipitação x evapo- transpiração C ol ói de s do s ol o Minerais secundários do solo Fatores condicionantes da formação de minerais secundá- rios: ● Relação Si:Al do meio ● Presença de metais alcalinos ou alcalino-terrosos ● Balanço precipitação x evapo- transpiração C ol ói de s do s ol o Minerais secundários do solo Fatores condicionantes da formação de minerais secundá- rios: ● Relação Si:Al do meio ● Presença de metais alcalinos ou alcalino-terrosos ● Balanço precipitação x evapo- transpiração C ol ói de s do s ol o Minerais secundários do solo C ol ói de s do s ol o Minerais secundários do solo Parte mineral: Partículas unitárias originadas do intemperismo das rochas Areia Silte Argila (2-0,02 mm) (0,02-0,002) (<0,002 mm) Colóides inorgânicosArgila coloidal Argila <0,001 mm Constituintes do solo mineral C ol ói de s do s ol o Parte orgânica: Resíduos animais e vegetais parcial ou totalmente decompostos Húmus (coloidal) Colóides orgânicos Constituintes do solo mineral C ol ói de s do s ol o Húmus – mistura complexa de material orgânico modificado ou sintetizado pelos organismos do solo, remanescen- te à decomposição da maior parte dos resíduos orgânicos incorporados ao solo, sendo constituído por substâncias amorfas e coloidais. Conceito C ol ói de s do s ol o Constituintes do húmus C ol ói de s do s ol o Insolúvel (resíduo Solúvel em álcool Precipita em H2SO4 ou HCl, em pH 2,5 Solúvel em solução alcalina Solúvel em água Agente Humina Ácidos himatomelânicos Ácidos húmicos Ácidos fúlvicos Ácidos crênicos Constituinte Insolúvel (resíduo Solúvel em álcool Precipita em H2SO4 ou HCl, em pH 2,5 Solúvel em solução alcalina Solúvel em água Agente Humina Ácidos himatomelânicos Ácidos húmicos Ácidos fúlvicos Ácidos crênicos Constituinte ) Constituintes do húmus C ol ói de s do s ol o Grupo carboxílico Grupo fenólico Grupo alcoólico Complexa molécula de húmus Características do húmus ● Cargas dependentes de pH (grupos carboxílico, fenólico e alcoólico) ● Cor castanha a castanho-escuro ● Alta CTC (150-300 cmolc/kg) ● Baixas plasticidade, pegajosidade e coesão ● Agente de agregação das partículas do solo, formando agregados bastante estáveis, princi- palmente menores que 1 mm ● Elevada capacidade de retenção de água – 4 a 6 vezes mais água que seu peso C ol ói de s do s ol o Cargas elétricas C ol ói de s do s ol o Partícula de argila Superfícies externas Colóide (–) carregado Cátions adsorvidos Cátions em solução Cátions e ânions em solução Troca de cátions Superfícies internas Superfícies externas ● Permanentes – montmorilonita 2:1 ● Dependentes de pH Dependentes de pH –– caulinitacaulinita 1:1 1:1 e e óóxidosxidos C ol ói de s do s ol o Cargas elétricas ● Permanentes – montmorilonita 2:1 ● Dependentes de pH Dependentes de pH –– caulinitacaulinita 1:1 1:1 e e óóxidosxidos C ol ói de s do s ol o Cargas elétricas Montmorilonita Al O, OH Si O O, OH Si O Ligação iônica entre o O apical do tetraedro e o Aldo octaedro Não existem ligações de pontes de H entre as unidades 2:1 C ol ói de s do s ol o Montmorilonita C ol ói de s do s ol o C ol ói de s do s ol o Montmorilonita 4- SiSi 5- AlAl Tetraedro de alumTetraedro de alumíínionio Montmorilonita C ol ói de s do s ol o AlAlMgMg 3-4- Octaedro de magnOctaedro de magnéésiosio Montmorilonita C ol ói de s do s ol o ● Permanentes – montmorilonita 2:1 ● Dependentes de pH Dependentes de pH –– caulinitacaulinita 1:1, 1:1, óóxidos e hxidos e húúmusmus C ol ói de s do s ol o Cargas elétricas C ol ói de s do s ol o Minerais silicatados Caulinita OH Al O, OH Si O OH Al O, OH Si O OH Ligação iônica entre o O apical do tetraedro e o Al do octaedro Ligação de pontes de H entre as unidades 1:1 Ligação de pontes de H entre as unidades 1:1 C ol ói de s do s ol o Caulinita C ol ói de s do s ol o C ol ói de s do s ol o Caulinita C ol ói de s do s ol o Cargas elétricas dependentes de pH C ol ói de s do s ol o Cargas elétricas dependentes de pH C ol ói de s do s ol o Cargas elétricas dependentes de pH C ol ói de s do s ol o Cargas elétricas dependentes de pH C ol ói de s do s ol o Grupo carboxílico Grupo fenólico Grupo alcoólico Complexa molécula de húmus Cargas elétricas dependentes de pH C ol ói de s do s ol o Carga negativa (CTC) Carga positiva (CTA) pH do solo Ponto de carga zero Cargas elétricas dependentes de pH C ar ga s up er fic ia l ( cm ol c/k g) Minerais do solo C ol ói de s do s ol o ● Minerais primários – areia e silte ● Minerais secundários – maior parte da fração argila - Minerais silicatados - Minerais oxídicos Importância da fração argila do solo: ● Fração ativa do solo ● Participação nas reações físico- químicas do solo ● Comportamento físico do solo ● Comportamento químico do solo ● Comportamento biológico do solo C ol ói de s do s ol o Minerais secundários Características: ● FraFraçção coloidal (<0,001mm)ão coloidal (<0,001mm) ● Retenção de água ● Exibem dureza e tenacidade quando secos ● Plasticidade e pegajosidade ● Susceptíveis à dispersão e floculação ● Variam de volume com a umidade ● Imprimem cor e agregação aos solos minerais. ● Cargas elétricas ● Adsorção de íons C ol ói de s do s ol o Minerais secundários Características: ● Fração coloidal (<0,001mm) ● RetenRetençção de ão de ááguagua ● Exibem dureza e tenacidade quando secos ● Plasticidade e pegajosidade ● Susceptíveis à dispersão e floculação ● Variam de volume com a umidade ● Imprimem cor e agregação aos solos minerais. ● Cargas elétricas ● Adsorção de íons C ol ói de s do s ol o Minerais secundários C ol ói de s do s ol o Minerais secundários Características: ● Fração coloidal (<0,001mm) ● Retenção de água ● Exibem dureza e tenacidade quando secosExibem dureza e tenacidade quando secos ● Plasticidade e pegajosidade ● Susceptíveis à dispersão e floculação ● Variam de volume com a umidade ● Imprimem cor e agregação aos solos minerais. ● Cargas elétricas ● Adsorção de íons C ol ói de s do s ol o Minerais secundários Características: ● Fração coloidal (<0,001mm) ● Retenção de água ● Exibem dureza e tenacidade quando secos ● Plasticidade e Plasticidade e pegajosidadepegajosidade ● Susceptíveis à dispersão e floculação ● Variam de volume com a umidade ● Imprimem cor e agregação aos solos minerais. ● Cargas elétricas ● Adsorção de íons C ol ói de s do s ol o Minerais secundários Características: ● Fração coloidal (<0,001mm) ● Retenção de água ● Exibem dureza e tenacidade quando secos ● Plasticidade e pegajosidade ● SusceptSusceptííveis veis àà dispersão e floculadispersão e floculaççãoão ● Variam de volume com a umidade ● Imprimem cor e agregação aos solos minerais. ● Cargas elétricas ● Adsorção de íons C ol ói de s do s ol o Minerais secundários Características: ● Fração coloidal (<0,001mm) ● Retenção de água ● Exibem dureza e tenacidade quando secos ● Plasticidade e pegajosidade ● Susceptíveis à dispersão e floculação ● Variam de volume com a umidadeVariam de volume com a umidade ● Imprimem cor e agregação aos solos minerais. ● Cargas elétricas ● Adsorção de íons C ol ói de s do s ol o Minerais secundários Características: ● Fração coloidal (<0,001mm) ● Retenção de água ● Exibem dureza e tenacidade quando secos ● Plasticidade e pegajosidade ● Susceptíveis à dispersão e floculação ● Variam de volume com a umidade ● Imprimem cor e agregaImprimem cor e agregaçção aos solos ão aos solos mineraisminerais ● Cargas elétricas ● Adsorção de íons C ol ói de s do s ol o Minerais secundários Características: ● Fração coloidal (<0,001mm) ● Retenção de água ● Exibem dureza e tenacidade quando secos ● Plasticidade e pegajosidade ● Susceptíveis à dispersão e floculação ● Variam de volume com a umidade ● Imprimem cor e agregação aos solos minerais. ● Cargas elCargas eléétricastricas ● Adsorção de íons C ol ói de s do s ol o Minerais secundários C ol ói de s do s ol o Minerais secundários Características: ● Fração coloidal (<0,001mm) ● Retenção de água ● Exibem dureza e tenacidade quando secos ● Plasticidade e pegajosidade ● Susceptíveis à dispersão e floculação ● Variam de volume com a umidade ● Imprimem cor e agregação aos solos minerais. ● Cargas elétricas ● AdsorAdsorçção de ão de ííonsons C ol ói de s do s ol o Minerais secundários CLIMAS FRIOS E SECOS CLIMAS QUENTES E ÚMIDOS Solos C ol ói de s do s ol o Tipo de minerais de argila e características dos solos formados sob diferentes climas: Montmorilonita (2:1) Caulinita (1:1) e óxidos de Fe e Al Alta CTC Baixa CTC e poss ível CAA ,Solos rasos com minerais primários facilmente intemperizáveis solos ricos em nutrientes , s Solos profundos com remoção acentuada de sílica e completa de cátions básicos solos pobres em nutriente -Cargas permanentes ( ) -Cargas dependentes de pH ( e +) ● Objetivo ● Conceito de colóide ● Constituintes do solo mineral – partes mineral (colóides inorgânicos) e orgânica (colóides orgânicos) ● Minerais primários e secundários ● Minerais silicatados (argilominerais) – caulini- ta, montmorilonita e vermiculita ● Minerais oxídicos – óxidos de Fe a Al ● Colóides orgânicos – húmus ● Cargas elétricas permanentes e dependentes de pH Resumo da aula C ol ói de s do s ol o Bibliografia recomendada MUGGLER, C. C.; CARDOSO, I. M.; RESENDE, M.; FONTES, M. P. F.; ABRAHÃO, W. A. P.; CARVALHO, A. F. de. Conteúdos básicos de geologia e pedologia. Viçosa: UFV, 2005. 89 p. JORGE, J. A. Matéria orgânica. In: MONIZ, A. C. Elementos de pedologia. São Paulo: Polígono, 1972. p. 167-177. BUCKMAN, H. O.; BRADY, N. C. Colóides do solo: sua natureza e significação agrícola. In: BUCKMAN, H. O.; BRADY, N. C. Natureza e propriedades do solo. Rio de Janeiro: Livraria Freitas Bastos, 1968. p. 91- 129. C ol ói de s do s ol o Luciano da Silva Souza CCA 281 – Fundamentos do Solo I Fundamentos do Solo I – 2016.I (T02)Próxima aula: FATORES DE FORMAÇÃO DO SOLO