Aula poluicao solos parte2

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Manahan, Environmental Chemistry, 2002
Manahan, Environmental Chemistry, 2002
Nutrientes 
das Plantas
Os minerais são classificados em silicatos e não-silicatos
Principais constituites dos minerais no solos
Os minerais de argila são filossilicatos de alumínio hidratado (filossilicatos
secundários) formados durante os processos de intemperismo. O termo
silicato de folha e camada indica uma estrutura típica de cristal em que os
elementos básicos são colocados para formar uma série de folhas e camadas
Os principais minerais de argila são formados pela combinação da camada
Tetraédrica e folhas Octaédricas.
ESTRUTURA
A unidade básica da folha 
tetraédrica é o Tetraedro de 
Silício - Oxigênio 
Cada silício central compartilha 
sua carga com quatro oxigênio
Si - Tetrahedron
As unidades são ligadas uma as outras para formar uma camada de silica com base 
tetraédrica
Na cadeia tetraédrica cada átomo de Si atom divide 3 Oxigênio com
tetraédros adjacentes, enquanto um átomo de while 1 átomo de Oxigênio
não é dividido;
Os átomos são deslocados em três níveis
1 nível O
Vista lateral
Oxigênio
Silício
3 nível O
2 nível Si
Vista de cima
Oxigênios compartilhados
Oxigênio basal
Si4+
Si4+
O lado superior da 
folha tetraédrica 
expõe um quadro 
hexagonal quase vazio
As camadas octaéfricas dos minerais é usualmente constituída de um íon
central Al3+ circunvizinhado por 6 ânions hidroxilas (OH)
OH-OH- OH- OH-
Octaédro de Al
OH- OH- OH-
Na camada octaédrica se Al é o cátion central na estrutura recebe o nome
de di-octaédrica: formada pela sequência de 2 Al e 6 grupos O/OH
Os átomos são deslocados para o terceiro nível
1o nível O/OH
3o nível O/OH
2o nível Al
Quando o átomo central na camada octaédrica é divalente (como Mg2+ ou
Fe2+) todas as três posições centrais são ocupadas pelo átomo de maneira a
manter a neutralidade elétrica: camada tri-ocataédrica.
1o nível O/OH
3o nível O/OH
2o nível Mg/Fe
Camada di-octaédrica
Camada tri-octaédrica
Os minerais de argila são formados pela combinação de folhas 
tetraédricas (T) com folha octaédrica (O);
OH
Al
O e OH
A folha tetraédrica compartilha os átomos basais de oxigênio com folha octaédrica
Cam
ada
de argila
Si
O
argila
( c ) 2 0 0 1 B r o o k s / C o l e , a d i v i s i o n o f T h o m s o n L e a r n i n g , I n c . T h o m s o n L e a r n i n g
™
i s a t r a d e m a r k u s e d h e r e i n u n d e r 
l i c e n s e .
(a)
S
ilica tetraédrica; (b) 
folha de silica; 
(c) O
ctaédro de alum
ínio; (d) 
folha octaédrico 
(gibbsite); (e) folha 
elem
entar silica-gibbsite; 
( c ) 2 0 0 1 B r o o k s / C o l e , a d i v i s i o n o f T h o m s o n L e a r n i n g , I n c . T h o m s o n L e a r n i n g
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Argila não 
cristalina -
allofane
Mitchell, 1993
As características típicas dos minerais de argila são a substituição isomórfica 
Durante a síntese de camadas de argila, dependendo das condições ambientais 
(concentrações de íons, pH, abundâncias relativas de formas iônicas, etc.), o 
cation central pode ser substituído por um catião substituinte. A substituição é 
permitida quando o cation de substituição tem dimensão e número de 
coordenação semelhantes mas menor valência
radial ionic 
ratios 
(anion/cation)
geometric 
arrangement of 
anions
Coordination 
number
(anion/cation) anions
0.225 – 0.414 tetrahedron 4
0.414 – 0.632 octahedron 6
cation Radial ionic ratio Coordin. number
Si4+ 0.278 4
Al3+ 0.364 4-6
Mg2+ 0.471 6
Fe2+ 0.529 6
Na camada tetraédrica o Si4+ pode ser substituído por Al3+
Cada Si4+ balanceia 1 carga negativa do 4 Oxigen (carga total= 0)
O Al3+ pode balancear parcialmente a carga negativa do Oxigênio
Para cada ligação Al – O há um δ= 0.25 de carga negativa não balanceadas
Na camada octaédrica o Al3+ pode ser substituído por Mg2+ Fe2+
Cada Al3+ balanceia 1/2 (3/6 bonds) de carga negativa para O ou OH
3+ 3+ 3+3+2+
6OH
4 O 2 OH
Cada Al3+ balanceia 1/2 (3/6 bonds) de carga negativa para O ou OH
O Mg2+ deixa uma fração da carga negativa desequilibrada (2/6 = 0.33) 
A substituição de um íon por outro de tamanho similar dentro da estrutura 
cristalina da argila geralmente resulta em mudança na carga líquida: aumento da 
carga negativa. A carga negativa não é corrigida, mas é compartilhada ao longo da 
rede de argila
1:1 Argilo Silicatos
• Camadas compostas de uma folha 
tetraédrica ligada a uma folha octaédrica 
• Caolinita: um dos minerais de argila mais 
difundidos nos solos; Mais abundante em 
climas úmidos climas úmidos 
• Estável a pH mais ácidos, o mais degradado 
das argilas de silicato.
• Sintetizado sob concentrações iguais de 
Al3 + e Si4 +
Argilas 1:1 1 Tetrahedral 1 Octahedral
1st level O
2nd level Si
5th level OH
4th level Al
2 level Si
3rd level O/ OH
Fórmula Unitária
Unidade 
básica(célula)
Al4 Si4 O10(OH)8
Al2 Si2 O5(OH)4
H bond
Ligação de H entre as 
camadas
Nenhum espaço intercamada
Espaçamento basal
Nenhuma substituição 
isomórfica
Área de superfície= 10-30 m2/g
Sem carga
baixa CTC (2-15 cmol/kg)
Pobre em nutrientes
2:1 Argilo silicatos
• Duas camadas de sílica tetraédrica
ligadas a uma camada de alumínio
octaédrica
• Três grupos principais:
– Esmectitas (e.g., montmorillonite)
– Vermiculites
– Micas (ex., illite)
• E um “2-1-1”
2:1 minerais com camada de baixa carga (x)
Smectitas x = 0.4 – 1.2
• A carga de camada origina-se da substituição 
de Mg2+ por Al3+ na folha octaédrica 
• Montmorillonite Mx,H2O[Si8][Al,Mg]4O20(OH)4, 
instável sob pH mais ácidos e alta umidade 
• Rico em nutrientes 
6 O
4 Si
Montmorillonite tipo 2:1 T – O – T 
Este grupo de minerais de argila é caracterizado por substituição isomórfica,
principalmente na folha octaédrica;
Não há problemas entre as camadas. A carga negativa produzida por
substituição é neutralizada por diferentes cations da solução do solo,
colocados entre camadas de argila
cations
6 O
4 Si
4 Si
6 O
4 O, 2OH
4 O, 2OH
6 Al, Mg Fe
Na Ca K
Fórmula unitária
Unidade básica 
(célula)
Nax+y(Al4-x, Mgx) 
Si8-y Aly 
O10(OH)8
Área de superfície= 600-800 m2/gd= 1.2 (Na) – 1.5 (Ca) 
Substituição isomórfica
A carga negativa produzida por Is 
sub é equilibrada por cations da 
solução do solo
CTC 80-120 cmol+/kg
Vermiculites (2:1)
• Produto da alteração das micas (rocha)
• Formada de perda de K+
• Intercamada de mica K+ substituída porMg2+
• Encolher - inchar…
• Elevadas trocas de cargas: Ambos tetra e
octa
• Elevadas trocas de cargas: Ambos tetra e
octa
• “rica em nutrientes!”
Muito 
desequilíbrio de 
carga, ambas as 
folhas:
Alta 
= Al = Fe = Mg
folhas:
Alta 
capacidade de 
fornecimento 
de nutrientes
Fórmula unitária
Unidade básica 
(célula)
Substituição isomórfica
A forte carga negativa na camada 
tetraédrica é parcialmente neutralizada 
pela inclusão de formas de Mg
hidratadas entre a camada: baixa 
capacidade de expansibilidade
Área de superfície 600-800 m2/g CTC120-150 m.e./100g (cmol/kg)
Illite (2:1, secundárias Micas)
• Substituição de Al3+ por Si4+ na camada
tetraédrica
• Carga superfícial forte
• “Muito pobre em nutrientes”
• Não expansibilidade, • Não expansibilidade, 
A substituição predominante ocorre na folha tetraédrica, produzindo assim
uma forte carga negativa próxima à superfície da camada; Forte atração de
cations. O K+ e o NH4+ podem então soltar das moléculas de hidratação e
serão fixados nos espaços hexagonais nas superfícies da folha de sílica:esses nutrientes não estão, portanto, disponíveis para as raízes das plantas
( c ) 2 0 0 1 B r o o k s / C o l e , a d i v i s i o n o f T h o m s o n L e a r n i n g , I n c . T h o m s o n L e a r n i n g
™
i s a t r a d e m a r k u s e d h e r e i n u n d e r 
l i c e n s e .
( c ) 2 0 0 1 B r o o k s / C o l e , a d i v i s i o n o f T h o m s o n L e a r n i n g , I n c . T h o m s o n L e a r n i n g
D
iagram
a da estrutura de (a) kaolinite; (b) illite; (c) m
ontm
orillonite