Aulas 11_12_Quimica e fertilidade dos solos

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Química e fertilidade dos solos 
Adriana Monteiro 
DESENVOLVIMENTO DE CARGAS 
Lâmina tetraedral 
Tetraedros de Si ou Al 
Lâmina octaedral 
Octaedros de Al, Fe e Mg 
Clorita, Vermiculita, 
Esmectita, Micas, Ilita 
Caulinita, haloisita Óxidos de ferro e 
alumínio 
Avanço do intemperismo 
DEFINIÇÃO 
 
ASE de um solo ou de um de seus componentes 
= 
 Área por unidade de peso, expressa em metros quadrados por 
grama (m2/g). 
2 
4 m2 
1 
1 
1 m2 
4 m2 x 
6 lados x 
1 cubo = 
24 m2 
1 m2 x 
6 lados x 
27 cubos = 
162 m2 
http://ricardomonteiro.com/content/eletricidade.htm 
Como no imã 
http://www.pedologiafacil.com.br/enquetes/enq23.php 
No solo 
1. ORIGEM DAS CARGAS DO SOLO 
1.1. PERMANENTES TETRAEDROS 
Si 4+ 
 
Substituído por 
 
Al 3+ 
OCTAEDROS 
Al 3+ 
 
Substituído por 
 
Fe2+ ou Mg2+ 
Si4+ 
+ 
- 
+ + + 
- - - 
+ 
- 
+ + 
- - - 
Al3+ 
+ 
- 
+ + 
- - 
Al3+ 
+ 
- 
+ 
- - 
Fe2+ 
Mg2+ 
 Substituição isomórfica 
Cada colóide (argila ou húmus) têm, em geral, 
um balanço de cargas negativas (-), 
desenvolvido durante o processo de formação. 
 Isto significa que podem atrair e reter 
(adsorver) partículas com cargas positivas (+). 
Ocorre principalmente nos minerais do tipo 2:1, 
notadamente nas montmorilonitas, vermiculitas 
ou ilitas durante o processo de formação do 
mineral. 
São cargas permanentes, não são afetadas 
pela mudanças do pH do solo; 
K+ 
Fe2+ Na
+ 
Ca2+ 
Si4+ 
Al3+ 
Fe3+ 
Mg2+ 
0,74 Å 
0,074 nm 0,98 Å 
0,098 nm 
0,99 Å 
0,099 nm 
1,33 Å 
0,133 nm 
0,42 Å 
0,042 nm 
0,51 Å 
0,051 nm 
0,64 Å 
0,064 nm 
0,66 Å 
0,066 nm 
Dimensões (diâmetro) de íons comumente encontrado em solos (Tan, 1993). 
 A diferença da valência dos íons substituídos não deve ser mais que 1 unidade. 
Podem ser positivas ou negativas; 
Normalmente em solos tropicais e subtropicais 
em pH < 5 predominam cargas positivas. 
 
1.2. VARIÁVEL OU DEPENDENTES DE pH 
Resultam da variação do pH do solo; 
A elevação do pH leva ao predomínio de 
cargas negativas. Ex.: calagem 
Originam da adsorção ou dessorção de prótons 
(H+) ou de íons hidroxil (OH-) pelos grupos 
funcionais de superfície. 
 
1.2. VARIÁVEL OU DEPENDENTES DE pH 
 Densidade de carga negativa nos colóides orgânicos é elevada e muito 
variável. 
 A CTC pode variar de 200 a 400 cmolc dm
-3. 
 Sempre vai apresenta carga dependente de pH e negativa na faixa de pH 
4-7. 
a) Matéria orgânica 
Introdução à Ciência do Solo - Curso Zootecnia - Prof. Bruno Teixeira Ribeiro (ICIAG/UFU) 
ESTRUTURA CONCEITUAL 
DO ÁCIDO HÚMICO 
 
1.2. VARIÁVEL OU DEPENDENTES DE pH 
 Densidade de carga negativa muito reduzida 
 A CTC varia de 3 a 15 cmolc dm
-3. 
b) caulinita 
 
1.2. VARIÁVEL OU DEPENDENTES DE pH 
b) Óxidos de Ferro e de alumínio 
1.2. VARIÁVEL OU DEPENDENTES DE pH 
 Tendem a desenvolver tanto cargas positivas como 
negativas; 
 > pH = cargas negativas 
 < pH = cargas positivas 
 São abundantes nos solos brasileiros e únicos colóides 
que desenvolvem carga positiva nos solos. 
 Contribuem muito pouco para desenvolvimento de 
cargas elétricas nos solos. 
b) Óxidos de Ferro e de alumínio 
Origem da acidez (íons H+) em solos 
a) Dissociação do gás carbônico 
 
CO2 + H2O <–> H
+ + HCO3
- 
 
a) Hidrólise do Al3+ 
 
Al3+ + 3H2O  Al(OH)3 + 3H
+ 
 
b) Fertilizantes amoniacais 
 
2NH4
+ + 3O2  2NO2
- + 2H2O + 4H
+ 
 
2NO2
- + O2  2NO3
- + energia 
 
c) Aplicação de fertilizantes fosfatados cálcicos 
 
Ca(H2PO4)2  CaHPO4 + H3PO4 (ácido fosfórico) 
 
d) Oxidação da pirita 
 
2FeS2 + 7H2O + 7½O2  4SO2
2- + 8H+ + 2Fe(OH)3 
 
e) Chuva ácida 
 
2SO2 + O2  2SO3 
SO3 + H2O  H2SO4 (ácido sulfúrico) 
 
2NO + O2  2NO2 
2NO2 + H2O  HNO3 + HNO2 (ácido nítrico e nitroso, respectivamente) 
Problemas de acidez em solos: 
1. Disponibilidade de nutrientes 
2. Atividade de micro-organismos 
3. Aumento da disponibilidade e 
atividade do Al3+ 
 Al3+ é fitotóxico: prejudicial ao 
crescimento de raízes 
CaCO
3
 + H
2
O Ca
2+
 + CO
3
2-
 
CO
3
2-
 + H
2
O HCO
3
-
 + OH
-
 
HCO
3
-
 + H
2
O H
2
CO
3
 + OH
-
 
H
+
 + OH
-
 H2O 
H+ 
H+ H+ 
H+ 
Al3+ 
Al
3+
 + OH
-
 Al(OH)
3 
ARGILAS 
ÓXIDOS 
M. ORGÂNICA 
OH 
OH 
H
+ 
ARGILAS 
ÓXIDOS 
M. ORGÂNICA 
OH2+ 
OH 
O- 
OH
- 
ARGILAS 
ÓXIDOS 
M. ORGÂNICA OH 
+ H2O 
0 
PCZ pH 
C
a
rg
a
 S
u
p
e
rf
ic
ia
l 
1.2. DEPENDENTES DE pH 
pH solo > PCZ 
- 
- 
- 
Ca2+ 
Mg2+ 
K+ 
pH solo < PCZ 
+ 
+ 
+ 
PO4
3- 
SO4
2- 
NO3
- 
Ponto de carga zero (PCZ) 
 
É o pH do solo onde a densidade de cargas 
positivas é igual a densidade de cargas 
negativas. 
Ocorre a máxima floculação, agregação 
das partículas do solo 
Minerais PCZ 
Quartzo 2,5 – 3,7 
Montmorilonita 2,5 
Caulinita 4,6 
Magnetita 6,5 
Hematita 9,5 
Goethita 7,8 – 8,9 
Gibbsita 7,8 – 9,5 
Ponto de carga zero (PCZ) de alguns minerais comumente 
encontrados em solos (Sparks, 1995). 
Colóides do solo Estrutura CTC (cmolc kg
-1) 
Húmus --- 200-300 
Vermiculita 2:1 100-150 
Montmorilonita 2:1 70-95 
Ilita 2:1 10-40 
Caulinita 1:1 3-15 
Óxidos --- 2-4 
Silte --- Muito baixa 
Areia fina --- Muito baixa 
Areia grossa --- Muito baixa 
Fonte: Tan (1993); Resende et al. (2007) 
Capacidade de troca de cátions de alguns constituintes de solos. 
Caulinita 
Óxidos de Fe e Al ( elevado PCZ) 
Matéria orgânica (baixo PCZ) 
Elevada densidade de cargas 
negativas 
SOLOS TROPICAIS ALTAMENTE 
INTEMPERIZADOS 
F
A
S
E
 S
Ó
L
ID
A
 
+ 
- 
CARGAS 
Ca2+ 
K2+ 
Mg2+ 
H+ 
Al3+ 
Zn2+ 
Mn2+ 
Fe2+ 
Pb2+ 
Cu2+ 
Cd2+ 
Moléculas de pesticidas 
positivamente carregadas 
NO3
- 
H2PO4
2- 
SO4
2- 
Moléculas de pesticidas 
negativamente carregadas 
CTC 
Capacidade 
de troca de 
cátions 
CTA 
Capacidade 
de troca de 
ânions 
Desenvolvimento de cargas no solo 
Camada superficial 
A 
B 
Ex: Solos pouco intemperizados (minerais 2:1, alto teor de Matéria orgânica) 
F
A
S
E
 S
Ó
L
ID
A
 
+ 
- 
CARGAS 
Ca2+ 
K2+ 
Mg2+ 
H+ 
NO3
- 
H2PO4
- 
SO4
2- 
CTC 
Capacidade 
de troca de 
cátions 
CTA 
Capacidade 
de troca de 
anions 
Desenvolvimento de cargas no solo 
Camadas sub-superficiais 
NO3
- 
NO3
- 
NO3
- 
H2PO4
- 
H2PO4
- 
H2PO4
- 
SO4
2- 
SO4
2- 
SO4
2- 
- Retenção de NO3
- 
- Adsorção de fósforo 
Ex: Latossolos muito intemperizados (oxídicos) 
A 
Bw 
• A retenção de cátions: 
 
 é estequiométrica; 
 
 existe diferença na força de retenção dos cátions 
pelos colóides do solo. 
 
 
H+ >>Al3+> Ca2+ > Mg2+ >K+ ≈ NH4
+ > Na+ 
 
 Maior carga; 
 Menor raio hidratado; 
 Efeito de concentração. 
Figura. Reação de troca quando o solo em laboratório de análise 
química é tratado com KCl 1 mol L-1 
 
 CaCl2 
 
 
 + MgCl2 
 
 
 AlCl3 
 
 
 KCl 
 
Solução 
Ca2+ 
Mg2+ 
Al3+ 
K+ 
+ KCl 1 mol L-1 
K+ 
K+ 
K+ 
K+ 
K+ 
K+ 
K+ 
Colóides Solução Colóides 
• IMPORTANTES FENÔMENOS DE INTERFACE: 
 
 dispersão / floculação do solo capacidade de troca de cátions e ânions 
 
 
 sorção de pesticidas polares e metais pesados 
Importância das cargas do solo 
• Mineralogia da fração argila 
• Matéria orgânica 
• pH 
• Manejo do solo: calagem e adubação 
Fatores que afetam as cargas do solo 
- Dispersão de um Latossolo Vermelho Acriférrico 
- Cargas dependentes de pH 
- Máxima floculação no pH próximo ao Ponto de Carga Zero 
Figura: http://www.pedologiafacil.com.br 
a) SOMA DE BASES (SB): QUANTIDADE DE CÁTIONS PRESENTES NO 
COMPLEXO DE TROCA. 
Ca2+ 
Mg2+ 
K+ 
Na+ 
P
ar
tí
cu
la
 d
o
 s
o
lo
 
N
eg
at
iv
am
en
te
 c
ar
re
g
ad
a
 
Solução do solo 
Algumas definições importantes: 
SB (cmolc/dm3) =Ca2+ + Mg2+ + K+ 
H+ 
b) ACIDEZ ATIVA: pH em água – quantidade de íons H+ presentes na solução 
do solo. 
H+ 
H+ H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
P
ar
tí
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lo
 
N
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 c
ar
re
g
ad
a 
 Fornece o grau de acidez ou alcalinidade de um 
extrato aquoso do solo, 
 É um indicativo das condições gerais de fertilidade do 
solo. 
H+ 
c) ACIDEZ POTENCIAL: quantidade de H+ + Al3+ 
H+ 
H+ H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
Al3+ 
H+ 
Al3+ 
Al3+ + H2O  Al(OH)
2+ + H+ 
P
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N
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g
ad
a 
d) CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS EFETIVA (t): SOMA DE BASES + 
Al3+ no pH natural. 
Ca2+ 
Mg2+ 
K+ 
Al3+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
pH natural do 
solo 
P
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N
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te
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g
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a
 
t (cmolc/dm3) =Al3+ +(Ca2+ + Mg2+ + K+) 
e) CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS POTENCIAL (T): SOMA DE BASES 
+ (H+ + Al3+) em pH 7,0. 
Ca2+ 
Mg2+ 
K+ 
Al3+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ 
pH = 7,0 
P
ar
tí
cu
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 d
o
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lo
 
N
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en
te
 c
ar
re
g
ad
a
 
T(cmolc/dm3) = SB+ (H++Al3+) 
f) SATURAÇÃO POR ALUMÍNIO (m): relação entre a concentração de Al3+ e a 
CTC efetiva (t). 
Al3+ 
Al3+ 
Al3+ 
Ca2+ 
Mg2+ 
K+ 
m % = (Al3+/ t) X100 
P
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tí
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P
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N
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te
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g
ad
a
 
g) SATURAÇÃO POR BASES (V): relação entre a soma de bases (SB) 
e a CTC potencial (T). 
 
V % = (SB/ T) X100 
 
V>50% - solo eutrófico (Fértil) 
V<50% - solo distrófico (infértil) 
 
 
 
 
 
 
 
Quando o solo é distrófico, calcula-se também o teor de alumínio 
 
Teor de Al (%) = (Al x 100) / (Al + SB) 
 
 Se Al% for maior ou igual a 50%, o solo é alumínico. 
Afirmar que um solo é alumínico, subentende-se que o 
mesmo é um solo distrófico. 
RESENDE, M.; CURI, N.; REZENDE, S.B.; CORRÊA, G.F. Pedologia – base para 
distinção de ambientes. 5ª ed. Lavras: Editora UFLA, 2007. 
 
MEURER, E.J. Fundamentos de química do solo. 2ª ed. Porto Alegre: Genesis, 
2004. p.131-160. 
Furtini Neto, A. E et al. Fertilidade do solo. Lavras: UFLA/FAEPE, 2001. 252 p. 
Questões de revisão 
 
1. Qual a origem das cargas elétricas no solos? 
2. O que são cargas do tipo permanente e do tipo variáveis? 
3. Como as cargas elétricas em solos podem ser alteradas? 
4. Quais os constituintes do solo que contribuem para capacidade de troca de 
cátions (CTC) e quais contribuem para troca de anions (CTA)? 
5. Explique por que um solo altamente intemperizado rico em óxidos de ferro e 
alumínio apresenta CTC na camada superficial e não CTA. 
6. Qual o papel da matéria orgânica na adsorção de metais pesados em solos? 
7. Em termos de desenvolvimento de cargas elétricas (positivas ou negativas) o 
que significa um solo ter seu valor de pH abaixo do seu PCZ? E acima 
Questões de revisão 
 
8. A partir dos dados da tabela, faça os cálculos necessários e responda: 
a) Calcule a CTC a pH 7 dos solos. 
b) Qual dos solos é o mais fértil e qual é o mais infértil? 
b) Algum dos solos é alumínico? Qual? 
c) Qual deles é o mais evoluído? Justifique sua resposta. 
 
Elementos Solo 1 Solo 2 Solo 3 
Ca2+ 1,8 4,2 0,9 
Mg2+ 0,9 2,8 0,7 
K+ 0,4 0,6 0,5 
Na+ 0,1 0,2 0,1 
H+ 0,6 2 4 
Al3+ 0,9 4 3,5