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15/08/2017 1 Mineralogia dos solos Brasileiros Curso: Agronomia Professor: Tiago Lima Ferreira CENTRO UNIVERSITÁRIO FILADÉLFIA Objetivos da aula 1- Porque é tão importante sabermos mais sobre a fração argila? 2- Quais os minerais que predominam na fração argila? 3- O que condiciona a predominância de um determinado tipo de argilomineral em detrimento de outro? 4- Qual a composição dos principais tipos de argilominerais? 5- Como é a estrutura dos principais tipos de argilominerais? 6- O que são óxidos de Fe e Al? 7- Quais são as implicações da composição mineralógica e da presença de óxidos nas propriedades químicas e físicas do solo? Propriedades dos Minerais • A maioria dos processos químicos e físicos que ocorrem nos solos é controlada pela reatividade da superfície dos argilominerais • Esta reatividade é condicionada pela estrutura dos minerais, mediante sítios ativos na superfície das partículas que interagem com outras substâncias ou com os componentes da solução do solo 730 g kg-1 145 g kg-1 125 g kg-1 Bl at os só lic o No que consiste o estudo da mineralogia dos solos? - Compreender especificamente a em relação a sua organização estrutural, e influência na manifestação das propriedades do solo. FRAÇÃO ARGILA Argilominerais Óxidos de Fe Óxidos de Al Outros silicatos Fração argila composição Caulinita Goethita e Hematita Gibbsita Classificação dos filossilicatos (em negrito, os argilominerais identificados em solos brasileiros) Tipo de camada Entrecamada Subgrupo Espécies de minerais 1:1 Nenhuma ou só H2O Caulim (D) Serpentina (T) Caulinita, Haloisita, crisotila, antigorita, lizardita 2:1 Nenhuma Talco (T)Pirofilita (D) Talco, pirofilita Cátions não hidratados Mica (T) Mica (D) Flogopita, biotita, lepidolita, muscovita, paragonita, ilita Cátions trocáveis hidratados Vermiculita (T) Vermiculita (D) Vermiculita (T) Vermiculita (D) Cátions trocáveis hidratados Esmectita (T) Esmectita (D) Saponita, hectorita, sauconita, montomorilonita, beidelita, nontronita Lâmina hidróxido Clorita (T)Clorita (D) Clinoclora Donbassita 2:1 modulada H2O Sepiolita (T) Paligosquita (D) Sepiolita, Paligorsquita Argilominerais • Refere-se usualmente aos minerais filossilicatados (filo: lâmina ou folha) • Filossilicato são silicatos, cuja composição básica é [Si2O5]2-, em que três dos oxigênios de cada tetraedro são compartilhados entre tetraedros adjacentes, formando lâminas planas 15/08/2017 2 Minerais 1:1 Unidade Cristalográfica Al Al Al AlAl Si Si Si Si Si Si Arranjo estrutural Caulinita Pontes de H+ Mineral estável, portanto, não permite a penetração de H2O entre as camadas Si Al Si Al Si Al Si Al H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ 1 lâmina formada por tetraedros de Si4+ + 1 lâmina formada por octaedros de Al3+ Unidade Estrutural: camada + entre-camada Formação da Caulinita Fórm. estrutural: Al2Si2O5(OH)4 Espaço entre-camadas é fixo CARACTERÍSTICAS Razão SiO2/Al2O3: 2,0 a 2,1 CTC: 2 – 15 cmolc dm-3 A predominância de cargas permanentes ou dependentes do pH na caulinita é assunto controverso, pois, há uma grande variação de PCZ’s registrado pela literatura Argilomineral mais abundante nos solos brasileiros, origina-se de diversos tipos de minerais, desde que haja remoção parcial de cátions básicos e sílica Mineral 1:1 Não tem substituição isomórfica Argilomineral dominante nos solos tropicais Argila de Baixa Atividade Não expansiva Superfície Siloxana 2 lâminas formada por tetraedros de Si4+ + 1 lâmina formada por octaedros de Al3+ Unidade CristalográficaAl Al Al AlAl Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Minerais 2:1 Espaço entre-camadas varia entre os diferentes tipos de argilominerais 2:1, afetando assim a densidade de cargas do mineral! Representação esquemática Argilominerais 2:1 Al Al Al AlAl Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Al Al Al AlAl Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Entrecamadas Unidade Estrutural Origem das cargas elétricas em minerais 2:1 Substituição isomórfica Si4+ Al3+ Al3+ Mg2+ Fe2+ CARGA NEGATIVA!! Al3+ CARGA POSITIVA!! Mg2+ Fe2+ 15/08/2017 3 Dividem-se em dois grupos: 1. Esmectitas: Montmorilonitas, beidelita e nontronita 2. Vermiculita Minerais 2:1 Montmorilonita - ASE: 600 – 800 m2/g - CTC: 80 – 120 cmolc dm-3 - CTC não depende do pH - Carga permanente - Argila de atividade alta Lâmina Tetraédrica Lâmina Tetraédrica Lâmina Octaédrica Estrutura Montmorilonita Importância Ambiental Esmectita A tendência de expansão e contração das esmectitas requer especial consideração no uso agrícola, na engenharia ambiental e geotécnica Contração avaliada pelo coeficiente de extensão linear (COLE): Vertissolos esmectíticos: 0,07 a 0,20 cm/cm Latossolos e Nitossolos cauliníticos: 0,02 a 0,04 cm/cm - Expansão e contração: piso estradas, construções. Casa construída em solos com argila de atividade alta. Vertissolo. Minerais 2:1 Lâmina Tetraédrica Lâmina Tetraédrica Lâmina Octaédrica Lâmina Tetraédrica Lâmina Tetraédrica Lâmina Octaédrica Estrutura Vermiculita Vermiculita - ASE: 600 – 800 m2/g; CTC: 80 – 160 cmolc dm-3 - CTC não depende do pH; Carga permanente - Argila de atividade alta, menos expansiva que a Montmorilonita por apresentar maior densidade de carga Vermiculita Maior substituição isomórfica na camada tetraedral Expansível (íons K e cátions hidratados nas entre- camadas) CTC = 160 – 200 cmolc kg-1 Plasticidade e pegajosidade 15/08/2017 4 Minerais oxídicos Principais: Goethita (-FeOOH) Hematita (-Fe2O3) Magnetita (Fe3O4) Lepidocrocita Ferrihidrita Hematita Óxidos, hidróxidos e oxihidróxidos Óxidos de ferro (Fe) Aspectos importantes: - ocorrência principal na fração argila - característicos de solos bastante intemperizados - determinantes da cor do solo - cargas variáveis (+ ou -), dependentes de pH - reações de retenção de P e metais - efeito na agregação do solo (cimentantes) Principais: Bayerita Bohemita Diáspora Gibbsita (Al(OH)3) Óxidos de alumínio (Al) - solos altamente intemperizados - cargas variáveis (dependentes de pH) gibbsita GIBBSITA Cargas dependentes do pH. Fonte primária: ganhos e perdas do H+ dos grupos funcionais na superfície dos colóides. Hidroxila [- OH ] Carboxila [ -COOH ] matéria Fenólico [- C6H4OH ] orgânica são os mais comuns 15/08/2017 5 As cargas desenvolvidas por esses grupos dependem do pH do solo sendo por isso denominadas cargas pH dependentes. São importantíssimas nos solos das regiões tropicais onde predominam óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio e caulinita . A matéria orgânica é também um importante constituinte do solo relacionado com presença de cargas dependentes do pH (Figura). Efeito do pH na capacidade de troca de cátions (CTC) CTC cmolc/kg argila (média de 60 solos) pH Matéria orgânica Mineral de argila Solo. 2,5 36 38 5,8 3,5 73 46 7,5 5,0 127 54 9,7 6,0 131 56 10,8 7,0 163 60 12,3 8,0 213 64 14,8 Algumas propriedades de componentes da fase sólida do solo (Adaptado de Bohn et al., 1979) Componente Tipo de CTC Sup. Esp. At. Coloidal Carga pH dependente mineral(1) (2) ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Caulinita 1:1 1-10 10-20 baixa expressiva Montmorilonita 2:1 80-120 600-800 muito alta inexpressiva Vermiculita 2:1 120-150 600-800 alta inexpressiva Mica 2:1 20-40 70-120 média média Mat. Orgânica 100-300 800-900 média expressiva (1) cmolc/kg (2) m2/g Argila de atividade alta (Ta) x Argila de atividade baixa (Tb)
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