Aula 3 - CTC

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SOLO
CTC
ESTRUTURA básica dos SOLOS
 Os íons silicato (Si+4) estão distribuídos no solo em estruturas 
de silicatos (SiO4)
-4, constituindo um dos principais 
componentes do solo.
ESTRUTURA básica dos SOLOS
 Em geral estes silicatos estão agregados à átomos de Al+3
formando os alumino-silicatos, fórmula (SiO4Al)
-, esta carga (-) 
normalmente agrega H+ ou outros cátions metálicos, 
dependentes dos íons presentes na solução do solo.
Exemplo das estruturas de argila
Explicação das estruturas de argila 
 As folhas tetraédricas são formadas por tetraedros de 
Si–O com cantos compartilhados, como mostrado no 
digrama esquemático da figura.
 Cada tetraedro compartilha três de seus cantos com 
três tetraedros vizinhos, resultando em uma fórmula 
estrutural de (Si2O5)n para a folha. 
 Da mesma forma, as folhas octaédricas são compostas 
por cátions Al3+ ligados a ânions O2- e OH-, resultando 
em uma fórmula química efetiva de AlO(OH)2. 
Explicação das estruturas de argila
 A ligação entre as folhas cristalinas octaédricas e tetraédricas é feita quando cada 
tetraedro Si–O na folha tetraédrica compartilha um oxigênio com um octaedro Al–
O/OH da folha octaédrica, na representação esquemática em perspectiva da estrutura 
cristalina da montmorilonita .
 As ligações químicas entre os átomos dentro de cada folha que formam as lamelas são 
fortes, do tipo covalente. Em contraste, as ligações entre as lamelas adjacentes são 
relativamente fracas, permitindo a separação das lamelas quando colocadas em 
excesso de água ou sob tensão mecânica. 
 Algumas argilas do tipo 2:1, como a montmorilonita, possuem deficiência de cargas 
positivas em sua estrutura cristalina, causada por substituições isomórficas, resultando em 
um excesso de cargas negativas distribuídas pela superfície das lamelas. 
 Estas substituições podem ser do Si4+ pelo Al3+ nos sítios tetraédricos, do Al3+ pelo Mg2+
ou do Mg2+ pelo Li+ (ou uma vacância) nos sítios octaédricos. O excesso de cargas 
negativas resultante é contrabalanceado por cátions interlamelares hidratados alcalinos, 
Na+, K+, ou alcalinos terrosos Ca2+ e Mg2+.
Explicação das estruturas de argila
 As argilas do grupo das esmectitas, do qual a montmorilonita faz parte, exibem 
uma alta capacidade de troca de cátions. Isto é, os cátions dentro das lamelas 
cristalinas e, principalmente, os cátions interlamelares podem ser trocados por 
outros cátions presentes em uma solução aquosa sem que isso modifique a 
estrutura cristalina das argilas. 
 A capacidade de troca catiônica é uma propriedade importante das argilas, 
pois pela troca de cátions pode-se modificá-las quimicamente influindo 
diretamente sobre suas propriedades físico-químicas e possíveis aplicações 
tecnológicas. 
 Os cátions trocáveis podem ser orgânicos ou inorgânicos. Adicionalmente, a 
hidratação dos cátions interlamelares causa o acúmulo de moléculas de água 
no espaço interlamelar das argilas e seu consequente inchamento ou expansão, 
aumentando as distâncias interlamelares.
ESTRUTURA básica dos SOLOS
 Os cátions mais comuns do solo são:
 Na+, K+, Ca+, Mg+;
 A concentração dos cátions no meio líquido vai determinar a 
adsorção destes sobre as partículas de argila e o quanto 
estão susceptíveis a troca ou não (CTC);
 Estes cátions agregados são a reserva de nutrientes para as 
plantas;
 Portanto, as partículas de argila possuem uma camada 
EXTERNA de cátions ligados ELETROSTATICAMENTE a uma 
camada interna negativa.
ESTRUTURA básica dos SOLOS
íons trocáveis e íons livres; 
diferentes energias de ligação: ligações iônicas, covalentes e eletrostáticas.
Exemplo caderno.
Energia de ligação entre colóides e íons
 adsorção química - ocorre quando há a ligação iônica ou covalente entre o colóide 
e o íon, sendo dificultada sua passagem da fase sólida para a líquida. Há três tipos 
de adsorção química:
 Complexação – É o tipo mais comum de adsorção química e ocorre na superfície 
dos colóides. O íon complexado é retido com alta energia ao colóide (ligação 
iônica ou covalente). 
 Quelação – É um tipo especial de complexação que ocorre nos colóides 
orgânicos ou em moléculas quelantes, os quais adsorvem especificamente um íon 
não por apenas uma, mas por duas ou mais ligações.
 Precipitação – É um tipo de adsorção química onde o íon é precipitado, ou seja, 
forma um complexo estável e praticamente irreversível.
 adsorção física - ocorre quando há a ligação de baixa energia entre o íon e o 
colóide. Essa interação ocorre através de forças eletrostáticas como forças de Van 
der Waals e pontes de hidrogênio. 
 A adsorção física não ocorre na superfície do colóide, mas sim a uma certa 
distância dele apenas por efeito do seu campo elétrico. São forças de pequena 
magnitude e permitem a troca rápida de íons entre a fase sólida e a solução do 
solo, compondo a parte mais ativa da CTC.
Exemplos de adsorção física e química
Energia de ligação entre colóides e íons
Fatores que afetam a energia de ligação entre colóide e íon:
 Valência do íon – quanto maior a valência, maior será a energia de ligação ao colóide. O hidrogênio é 
uma exceção, pois se comporta como se fosse polivalente;
 Grupo periódico do íon – elementos de transição (das famílias “B” da tabela periódica) formam compostos 
de maior energia de ligação que os metais alcalinos e alcalinos terrosos;
 Tamanho do íon – quanto menor o íon, mais fortemente pode ser adsorvido;
 Hidratação do íon – quanto mais hidratado for o íon, com menor força ele será adsorvido. A hidratação é 
inversamente proporcional ao tamanho e valência do íon;
 Concentração do íon na solução – o aumento da concentração de um íon na solução provocará maior 
adsorção do mesmo, deslocando os demais adsorvidos que estejam em menor concentração;
 Seletividade do colóide – certos colóides têm maior preferência para a adsorção de certos cátions, 
conforme abaixo:
 Ilita: Al3+ > K+ > Ca2+ > Mg2+ > Na+
 Caulinita: Ca2+ > Mg2+ > K+ > Al3+ > Na+
 Montmorilonita: Ca2+ > Mg2+ > H+ > K+ > Na+
 Matéria orgânica: Mn2+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4
+ > K+ > Na+
 De maneira geral, pela integração dos fatores ligados aos íons acima listados, a energia de adsorção 
deles com os colóides segue a seguinte ordem:
CÁTIONS: Al3+ = H+ = Fe3+ > Zn2+ = Cu2+ = Mn2+ = Fe2+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4
+ > K+ > Na+
SUBSTÂNCIAS HÚMICAS
Estrutura hipotética dos ácidos fúlvicos.
SUBSTÂNCIAS HÚMICAS
Estrutura hipotética dos ácidos húmicos.
SUBSTÂNCIAS HÚMICAS
Podem ser classificadas conforme sua solubilidade:
 Humina: fração insolúvel e reatividade muito baixa.
 Ácidos Húmicos: fração escura solúvel em meio alcalino. Quimicamente 
muito complexo, formado por polímeros aromáticos e alifáticos de alto 
peso molecular. Podem precipitar na presença de cátions metálicos 
(humatos de Ca e Mg) ou permanecer como colóides (humatos de Na+, K+, 
NH4
+).
 Ácidos Fúlvicos: fração que se mantém solúvel em meio alcalino ou em meio 
ligeiramente ácido. São polissacarídeos, aminoácidos e principalmente, 
compostos fenólicos. Seu alto teor de carboxila (OH-) e peso molecular 
relativamente baixo, formam complexos estáveis com Fe, Cu, Ca e Mg.
SUBSTÂNCIAS HÚMICAS
SUBSTÂNCIAS HÚMICAS
FIXAÇÃO DE METAIS PESADOS NO 
SOLO
 Os metais quando depositados diretamente no solo, tendem a ligar-se 
fortemente às argilas e outras partículas, concentrando-se e acumulando 
nas camadas superiores e, portanto, estando acessíveis para as raízes das 
plantas;
 O risco para a Saúde Pública ocorre se os metais forem assimilados pelas 
raízes das plantas ou pelos organismos presentes no solo, propagando-se 
ao longo da cadeia alimentar; A bioacumulação de metais pesados na cadeia alimentar é uma causa 
freqüente de intoxicação e envenenamento nos seres humanos.
FIXAÇÃO DE METAIS PESADOS NO 
SOLO
 Os materiais húmicos têm uma grande afinidade pelos cátions 
de metais pesados, de maneira que os extraem da água por 
meio de processos de troca iônica;
 A fixação de cátions metálicos ocorre, em grande parte por 
meio da formação de complexos com os grupos –COOH das 
ácidos húmicos e fúlvicos;
 No caso dos ácidos fúlvicos, as interações mais importantes 
envolvem provavelmente um grupo –COOH e um grupo –OH 
ligados aos carbonos adjacentes de um anel benzênico da 
estrutura polimérica, de maneira que o metal pesado M2+
substitui dois íons H+.
SUBSTÂNCIAS HÚMICAS
FIXAÇÃO DE METAIS PESADOS NO 
SOLO
Os metais são retidos no solo por três vias:
 Por adsorção física sobre as superfícies das partículas 
minerais;
 Por complexação das substâncias húmicas com as partículas 
orgânicas;
 Por reações de precipitação.
FIXAÇÃO DE METAIS PESADOS NO 
SOLO
 Os processos de precipitação dos íons mercúrio e cádmio, 
POR EXEMPLO, envolvem a formação dos sulfetos insolúveis 
HgS e CdS quando o íon livre em solução encontra-se com 
um íon sulfeto, S2-;
 Concentrações significativas de íons sulfeto aquoso ocorrem 
nas regiões mais profundas dos lagos nos meses de verão, 
quando a água em geral contém um baixo teor de 
oxigênio. 
FIXAÇÃO DE METAIS PESADOS NO 
SOLO
 Em solos ácidos, a concentração de Cd2+ pode ser 
substancial, já que esse íon adsorve apenas fracamente 
sobre argilas e outros materiais particulados;
 Acima de pH 7, porém, o cádmio precipita como sulfeto, 
carbonato ou fosfato;
 Por isso, a calagem do solo a fim de aumentar o seu pH é 
um método efetivo para fixar o íon cádmio, impedindo 
assim sua absorção pelas plantas.
FIXAÇÃO DE METAIS PESADOS NO 
SOLO
 O solo foi, é, e continuará a ser um dos principais 
receptores de metais pesados. 
 Apesar das legislações, é no solo que são depositados ou 
enterrados a grande maioria dos resíduos que contém 
metais pesados, sejam eles de origem industrial ou 
municipal;
 Além disso existem outras fontes de contaminação como: 
mineração, exploração petrolífera, oleodutos, tráfego, 
deposição atmosférica, entre outros.