ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA

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ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Adsorção pode ser definida como o aumento de concentração ou acúmulo de uma espécie iônica à superfície de uma partícula. Esse acúmulo pode ocorrer de duas maneiras: por troca iônica e por reações químicas.
A troca iônica ocorre quando cátions ou ânions situados à superfície de uma partícula são trocados por cátions ou ânions da solução.
Na adsorção por reação química os íons da solução reagem com o elemento ou grupo químico localizado à superfície da partícula passando a fazer parte integrante da mesma; isto não depende da existência de cargas elétricas.
Os processos de adsorção e troca iônica são importantes para a fertilidade por serem os que regulam a composição e a concentração da solução do solo e, consequentemente, os que mantem o suprimento adequado de nutrientes às plantas. 
Força de atração ou de retenção
Os cátions não são atraídos com a mesma força pelo colóide. A força de atração dos cátions às cargas negativas de uma partícula depende: valência dos cátions e grau de hidratação
Quanto à valência: trivalente > divalente > monovalente
Grau de hidratação ( número de moléculas de água associadas ao íon): está relacionado ao tamanho efetivo do íon, portanto, quanto maior o grau de hidratação, maior o tamanho do íon e menor a força de atração.
Considerando-se a valência e a hidratação, ordena-se os cátions da seguinte maneira: Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K+ > H+ > Na+ 
 Série liotrópica ou série de Hofmeister
Capacidade de troca catiônica - CTC
Os cátions atraídos pelas cargas negativas dos colóides do solo são chamados cátions trocadores, estão retidos por forças eletrostáticas e podem ser deslocados reversivelmente por outros cátions da solução do solo. 
A CTC refere-se à quantidade de cátions trocáveis em um solo por unidade de peso e varia com: composição mineralógica; teor de matéria orgânica; pH do meio; adsorção específica de ânions e concentração da solução do meio.
 
CTC ou T = CTC à pH 7,0 = S + Al3+ + H+
Al3+ + H+ = acidez titulável, extraída com acetato de cálcio 1N à pH 7,0, tamponado
S = soma de bases
CTCe = CTC efetiva = CTC do solo no seu valor original de pH = 
CTCe = S + Al3+ + H+
Al3+ + H+ = acidez trocável, extraída com cloreto de potássio 1N, não tamponado
CTCe CTC somente quanto aos íons de hidrogênio que se dissociam devido à mudança de pH.
Desvantagem da CTC: superestima a CTCe dos solos ácidos subestima a CTC dos solos alcalinos
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DAS LIGAÇÕES DOS CÁTIONS NO COLÓIDE E DA PARTICIPAÇÃO DOS MESMOS NA CTC EFETIVA E NA CTC A pH 7,0
	cargas constantes
	
Ca2+
	
	
	
	
	
	e variáveis
	
Mg2+
	
Bases Trocáveis
	
	
	
	
	
	
K+
	
	
	
	
	
	
	
Na+
	
	
CTCe
	
	
	
	
	
Al3+
	
Al trocável
	
	
	
CTC7
	
	
carga constante
	
H+
	
H trocável
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	 
 O 
 
	
Ho
	
	
	
	
	
	 
 O
carga variável 
	
Ho
	
H não trocável
	
	
	
	
	 
 O 
 
	
Ho
	
	
	
	
	
Porcentagem de saturação de bases - V%
Os cátions trocávies são: Ca2+ , Mg2+ , K+ , Na+ , Al3+ , sendo as bases os quatro primeiros.
V% = ( S / CTC ) x 100
Interpretação de S, CTC, V%
São importantes para a caracterização de um solo quanto à fertilidade e para o emprego de fertilizantes e corretivos .
Baixo S : solo pobre em nutrientes básicos
Baixa CTC: solo sujeito a excessiva perda de nutrientes por lavagem, e neste caso os adubos e corretivos não devem ser aplicados de uma só vez
Baixo V%: excesso de H e Al no colóide e falta de bases
Ex: V% = 20% - 80% das cargas são ocupadas por H e Al
 - 20% das cargas são ocupadas por bases
O ideal é o inverso.
Fatores que afetam a troca catiônica
1. Força de atração ou força de retenção. Está relacionada com valência e grau de hidratação.
 Maior valência maior força
 Hidratação diminui com o aumento do diâmetro
 Hidratação dos cátions divalentes é maior que dos monovalentes
 Hidratação de cátions com mesma valência aumenta força diminui
Ions H2O de hidratação (mol de H2O/ íon)
Ca 2,12 8 - 10
Mg 1,56 9 - 13
K 2,66 2,5
Na 1,96 4
2. Efeito da diluição
Quando se dilui a solução externa (solo) contendo dois cátions de valência diferente, a adsorção de cátions de maior valência aumenta e a de menor valência diminui para manter o equilíbrio. Isto é explicado pela teoria de Donnan ou pela lei da raiz quadrada de Shofield:
( K+ )i / (Ca 2+)i ½ = (K+) e / (Ca2+ )e ½ 
No equilíbrio divalentes variam na razão quadrática e os trivalentes na razão cúbica
Ex.: Solução contendo K e Ca - quando duplica a concentração de K a do Ca deverá ser 22 ou 4 vezes. Para a redução à metade da concentração de K a do cálcio deverá ser reduzida de (1/2)2 = ¼
A diluição da solução do solo pela chuva ou irrigação favorece a adsorção de Ca sobre K e de Al sobre Ca e Mg.
3. Efeito do cátion complementar
A facilidade com que um cátion vai ser substituído por outro é proporcional à quantidade de outros cátions mais fortemente retidos do que ele
 K + HCl
 Na
 K + HCl
 NH4
 K + HCl 
 Ca 
 O K no último caso é mais substituído porque o Ca é o mais fortemente retido dos três.
4. Seletividade dos colóides
É a preferência que um colóide pode mostrar por determinado cátion
Ilita Al K Ca Mg Na
Caulinita H Ca Mg K Al Na
A seletividade se deve as características particulares dos colóides
a) origem das cargas - permanentes ou dependentes de pH
b) distribuição geométrica das cargas
c) fixação de NH4 e K (ilita)
d) expansibilidade das argilas
Adsorção de Ânions
Os colóides do complexo de troca apresentam algumas vezes cargas externas positivas que originam processo de troca aniônica. Sob condições ácidas, geralmente abaixo do PCZ, nos grupos OH da MO, minerais de argila ou óxidos de Fe e Al, se acumulam H+, originando cargas positivas
Mecanismos de adsorção: 2 processos
1- Adsorção não específica (atração eletrostática)
A adsorção de ânions é através das cargas positivas na superfície dos colóides, sendo que o local de adsorção não é específico para todos os ânions, e um ânion adsorvido pode ser deslocado por outro ânion de qualquer espécie.
 OH OH OH
M -OH + HCl M –O H + NO3 M –O H + Cl
 H+ --- Cl- H--NO3
 OH OH OH
2- Adsorção específica
 
 É a adsorção de ânions de ácidos polipróticos (H2SO4, H3PO4, H4SiO4) através do deslocamento do íon de ligação covalente
 OH HPO4 ----- K+
M-OH + H2PO4 M -OH + H2O
 OH OH
Fatores que afetam a adsorção aniônica
1. Adsorção não específica
a) reação do solo
pH carga (+) portanto adsorção aniônica
b) valência dos ânions
valência (+)adsorção
sequência de adsorção: NO3 Cl- SO4 MoO4 HPO4 H2PO4
c) cátion associado
Na2SO4 (NH4)2SO4 K2SO4 CaSO4
Essa sequência está relacionada à força com que um cátion neutraliza 
as cargas negativas superficiais, diminuindo sua força de repulsão
2- Adsorção específica
A = 2V ( K [ H+] / ( K + [ H+ ] )2 ) ½
A= quantidade de ânions adsorvidos
V= adsorção máxima de ânions numa determinada concentração
K= constante de dissociação de um ânion poliprótico
[ H+ ] = concentração de hidrogênio na solução
Ex.: H2PO4 H+ + HPO4 K= 1,2x 10-7
 HPO4 H+ + PO4 K= 1,3x10-12