Química do Solo

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Prof. Milton César Costa Campos
Humaitá – AM
2009
UFAM
UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
INSTITUTO DE AGRICULTURA E AMBIENTE
 
CAMPUS VALE DO RIO MADEIRA
Gênese, Morfologia e Classificação do Solo
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Propõem-se em estudar os íons e as suas reações dentro do solo. 
QUÍMICA DO SOLO 
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1. Composição Química do Solo
Fase Sólida
Solução do Solo
Natureza e tipos de rochas, grau de intemperismo, constituição orgânica etc… 
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1. Composição Química do Solo
Fragmentos do material de origem
Horizonte A com acúmulo de M. O.
Horizonte B com maior expressão de desenvolvimento pedogenético
Material de origem se intemperizando
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Tabela 1. Composição química dos solos.
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Tabela 2. Relação entre materiais de origem e minerais do solo.
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2. Composição química das frações granulométricas
Fração areia:
Solos pouco intemperizados: quartzo e fragmentos de materiais de origem
Solos muito intemperizados: quartzo
Fração silte:
Solos pouco intemperizados: fragmentos de materiais de origem;
Solos muito intemperizados: microagregados;
Fração argila:
Solos pouco intemperizados: argilas 2:1, argilas1:1 e óxidos;
Solos muito intemperizados: argilas 1:1 e óxidos;
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3. Fração coloidal do solo: natureza e composição
Os materiais adquirem propriedades particulares, relacionadas ao aumento relativo da superfície específica e ao pequeno tamanho das partículas.
Colóides são materiais de qualquer natureza com tamanho inferior a 2 μm.
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3. Fração coloidal do solo: natureza e composição
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3. Fração coloidal do solo: natureza e composição
Representação em forma de diagrama de um cristal de argila silicatada, suas inumeráveis cargas negativas e seu “enxame” de cátions adsorvidos. 
COMPOSTOS INORGÂNICOS
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3. Fração coloidal do solo: natureza e composição
Adsorção de cátions pelos colóides húmicos 
COMPOSTOS ORGÂNICOS
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4. Composição química, estrutura e surgimento de cargas em colóides do solo
Colóides Orgânicos
Colóides Inorgânicos
Materia Orgânica
FAH, FH, FAF
Argilas Silicatadas
Óxidos de Fe e Al
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4. Composição química, estrutura e surgimento de cargas em colóides do solo
Colóides Inorgânicos
a) Argilas Silicatadas
Tetraedro de Silício
Octaedro de Alumínio
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4. Composição química, estrutura e surgimento de cargas em colóides do solo
Colóides Inorgânicos
a) Argilas Silicatadas: Argilas do Tipo 2:1
São constituídas de duas camadas de tetraedros de silício entremeadas por uma de octaedros de alumínio.
a – grande superfície específicas;
 
b – predominância de cargas permanentes;
c – elevada capacidade de trocar cátions;
d – elevada capacidade de absorver água.
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4. Composição química, estrutura e surgimento de cargas em colóides do solo
Colóides Inorgânicos
a) Argilas Silicatadas: Argilas do Tipo 2:1
1) Grupo das Esmectitas: Montmorilonita
Al+++ Fe++ ou Mg++
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4. Composição química, estrutura e surgimento de cargas em colóides do solo
Colóides Inorgânicos
a) Argilas Silicatadas: Argilas do Tipo 2:1
2) Grupo da Vermiculita
Si++++ Al+++
3) Grupo das Micas: Muscovita e Biotita
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4. Composição química, estrutura e surgimento de cargas em colóides do solo
Colóides Inorgânicos
a) Argilas Silicatadas: Argilas do Tipo 1:1
1) Grupo das Caulinitas
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4. Composição química, estrutura e surgimento de cargas em colóides do solo
Colóides Inorgânicos
b) Óxidos e Hidróxidos de Fe e Al
1) Hematita (Fe2O3)
2) Goethita (FeOOH)
3) Ferridrita
4) Gibbsita (Al(OH)3)
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4. Composição química, estrutura e surgimento de cargas em colóides do solo
Colóides Orgânicos
Estrutura de um ácido húmico (C308H335O90N5, 738 átomos)
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4. Composição química, estrutura e surgimento de cargas em colóides do solo
Colóides Orgânicos
Humina. Fração insolúvel.
b) Ácidos Húmicos. Fração solúvel em meio alcalino.
c) Ácidos Fúlvicos. Fração solúvel em meio ácido e alcalino.
Agregado
Gomas de origem biológica
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4. Formação de cargas no solo
Colóides Inorgânicos
Substituição Isomórfica
b) Bordas Quebradas
c) Sítios de troca bloqueados
Email: mcesarsolos@gmail.com
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4. Formação de cargas no solo
Colóides Inorgânicos
Efeito do pH nas cargas dos óxidos de alumínio no solo
Cargas dependentes de pH nas argilas
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4. Formação de cargas no solo
Colóides Orgânicos
 pH Baixo pH Alto
Formação de cargas elétricas em colóides orgânicos do solo
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
ADSORÇÃO: é o acúmulo de um determinado elemento ou substância sólida e a solução adjacente 
Adsorbato: material que se acumula em uma interface;
Adsorvente: é a superfície sólida na qual o adsorbato se acumula;
Adsorvito: é o ion ou molécula em solução que tem o potencial de ser adsorvido;
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
 Não específica: interação entre os íons e as superfícies das partículas é de natureza eletrostática, os íons são retidos por forças físicas (van der Walls).
b) Específica: fenômeno de elevada afinidade, envolvendo mecanismos de troca entre metais e ligantes da superfície dos colóides por meio de ligações iônicas e covalentes.
COMPLEXOS DE ESFERA EXTERNA
COMPLEXOS DE ESFERA INTERNA
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Ligações eletrovalentes x Ligações covalentes
 Covalente: ligação com compartilhamento de elétrons 
 Covalente-Coordenada: ligação compartilhada com apenas uma espécie iônica.
Óxidos de Fe, Mn e Al – Compostos Amorfos
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
 Capacidade de Troca de Ânions (CTA): cargas positivas
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
 Capacidade de Troca de Ânions (CTA): cargas positivas
O tipo de carga é função de:
 Teor e tipo de minerais de argila (1:1 e 2:1);
 Área de superfície específica;
 Presença de óxidos e hidróxidos de Fe e Al;
 Teor de matéria orgânica;
 pH.
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
 Capacidade de Troca de Ânions (CTA): cargas positivas
Princípios básicos que caracterizam a CTA
a. Especificidade.
b. Influência das características da superfície e do ânion.
c. Não obedece à estequiometria, velocidade e reversibilidade.
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC): cargas negativas
Princípios básicos que caracterizam a CTC
Estequiométrica; Velocidade;
Independência de temperatura; Reversibilidade.
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
Fatores que afetam a CTC
Força trocadora do cátion;
Efeito do cátion complementar;
c) Natureza do material coloidal;
d) Efeito de diluição x valência;
e) Efeito do ânion e ação das massas.
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
Seqüência de preferência de troca de cátions para uma mesma concentração: Série liotrópica (Russel & Russel, 1973).
Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>Cs2+>Rb+>K+>Na+>Li+
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
Características da CTC do Solo
	São utilizadas em interpretações e em cálculos de necessidades de corretivos e de fertilizantes.
 Soma
de bases (S);
 CTC efetiva (t);
 CTC potencial (T) a pH 7,0;
 Atividade da fração argila ;
 Índice de saturação por bases (V);
 Saturação por alumínio (m);
 Acidez trocável e acidez potencial;
 Percentagem de sódio trocável (PST);
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
Características da CTC do Solo
Soma de Bases (S): Soma dos cátions trocáveis no complexo de troca, com exceção do H+ e Al3+.
S = Ca2++Mg2++K++Na+...(cmolcdm-3 ou cmolckg-1)
CTC efetiva (t) : Corresponde a CTC ao pH atual do solo; t= S + Al3+ ........... (cmolcdm-3 ou cmolckg-1)
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
Características da CTC do Solo
CTC potencial (T): Corresponde à CTC que o solo pode alcançar a pH 7,0
T=S + Al3++H+........... (cmolcdm-3 ou cmolckg-1)
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
Características da CTC do Solo
Atividade da fração argila: Fornece uma idéia da CTC da fração argila, possibilitando inferir sobre a mineralogia do solo, pois os argilominerais 2:1 apresentam maior CTC e os argilominerais 1:1 e os óxidos de Fe e Al apresentam menor.
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
Características da CTC do Solo
CTC (argila) = T cmolckg-1 x 1000.................(cmoc kg-1)
 Argila (g kg-1) 
 Se CTC (argila) ≥ 27 cmolckg-1: Argila de atividade alta (Ta): Predominam minerais com alta CTC (argilominerais 2:1)
Se CTC (argila) < 27 cmolckg-1: Argila de atividade baixa (Tb): predominam minerais com baixa CTC (caulinita, óxidos)
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
Características da CTC do Solo
Saturação por Bases (V): Proporção das bases ocupando o complexo sortivo do solo (T)
V= (S/T) x 100.........................................................(%) 
Eutrófico (≥50%) x Distrófico (<50%)
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
Características da CTC do Solo
Saturação por Alumínio (m): Proporção do alumínio em relação a som de bases mais o alumínio, ou seja, do valor t.
m= (Al3+/S + Al3+) x 100........................................(%)
Álico (≥50%) x Não-Álico (<50%)
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5. Interações colóide/solução: fenômenos de adsorção e troca de ânions e cátions
ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA
Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
Características da CTC do Solo
Saturação por sódio (PST): Proporção do sódio (Na+) em relação ao complexo de troca, ou CTC potencial (T)
PST= (Na+/T) x 100................................................ (%)
Sódico (≥15%) x Não-Sódico (<15%)
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REAÇÃO DO SOLO
Importância
 
 Disponibilidade de elementos essenciais às plantas;
 Problemas de toxidez de Al e Mn;
 Desenvolvimento de microrganismos do solo
 Necessidade de calagem
Conceito ácido-base
De acordo com a definição de Brönsted-Lowry, de 1923, ácido é uma espécie química que doa prótons
HA + H2O	 A- + H+ (H3O+) 
Acidez potencial + Acidez ativa 
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REAÇÃO DO SOLO
CONCEITO ÁCIDO-BASE
Entende por base toda substância capaz de receber prótons da água dando origem ao íon oxidrila
NH3 + H2O	 NH4+ + HO- 
Os solos apresentam uma reação ácida, neutra ou alcalina.
 
A fonte de acidez do solo deve-se a presença de “grupos ácidos” com diferentes capacidades de ceder prótons.
Segundo Brönsted-Lowry, a força de ácido (grandeza de sua ionização) é caracterizada pela sua tendência em doar prótons, sendo classificadas como forte (HCl), moderado ou fraco. 
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REAÇÃO DO SOLO
“A fração coloidal do solo, carregada negativamente, comporta-se como um ânion de um ácido fraco, cujo potencial de reposição de H+ para solução é muito superior à sua atividade nessa solução”. 
ORIGEM DA ACIDEZ DO SOLO
 Remoção de bases
A remoção de cátions de caráter básico do solo pela lixiviação, erosão, e pelas culturas, resulta no aumento de formas trocáveis de H+ e de Al3+ no complexo sortivo (CTC efetiva). 
Al3+ + 6 H2O Al(OH)3 + 3H3O+
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REAÇÃO DO SOLO
 Grupos ácidos da Matéria Orgânica do solo
As moléculas orgânicas apresentam radicais ácidos de superfície como é o caso dos grupos carboxílicos e fenólicos. Tais grupos dissociam-se liberando prótons (H+) na solução do solo, de acordo com as reações: 
R – COOH + H2O 	 R – COO- + H3O+
R – OH + H2O 	R – O- + H3O+
De modo geral, os grupos carboxílicos são ácidos mais fortes do que os fenólicos.
ORIGEM DA ACIDEZ DO SOLO
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REAÇÃO DO SOLO
 Argilominerais silicatados e não silicatados
Os grupos estruturais Si-OH e Al-OH expostos nas superfícies dos minerais de argila silicatada, assim como os grupos Al-OH e Fe-OH nos oxihidróxidos de Fe e Al contribuem para a geração de acidez.
ORIGEM DA ACIDEZ DO SOLO
Si ] OH + H2O Si ] O- + H3O+ 
Al ] OH + H2O 	 Al ] O- + H3O+ 
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(a) íons H+ (H3O+) trocáveis que se dissociam da superfície do argilomineral e que são neutralizados a pH baixo (4,0).
ORIGEM DA ACIDEZ DO SOLO
(b) íons Al3+ trocáveis que passam à solução do solo e são neutralizados a valores de pH entre 4,0 e 5,5. 
K
K
K
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REAÇÃO DO SOLO
 Ácidos solúveis e mineralização da matéria orgânica
ORIGEM DA ACIDEZ DO SOLO
NH4+ + 2O2 	 NO3- + 2H+ + H2O 
H2O + S + 3/2O2	 SO4- + 2H+
CO2 + H2O	 H+ + HCO3- 
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REAÇÃO DO SOLO
COMPONENTES DA ACIDEZ E CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
A relação de equilíbrio ácido-base tem comportamento semelhante a um ácido fraco, cujo potencial de reposição de H+ para solução é muito superior à sua atividade nessa solução.
Acidez ativa: Corresponde ao hidrogênio presente na solução do solo, é a menor fração da acidez do solo. 
Determinada pela leitura de pH do solo.
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REAÇÃO DO SOLO
COMPONENTES DA ACIDEZ E CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
Acidez Ativa
pH = log (1/ (H+)) ou pH= – log (H+)
Onde: (H+) = concentração (atividade) de íons H+ em mol L-1
 Quanto maior o pH, menor a atividade do H+ na solução do solo;
 A escala do pH é logarítmica;
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REAÇÃO DO SOLO
COMPONENTES DA ACIDEZ E CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
Acidez trocável: Refere-se ao alumínio trocável e inclui a quantidade de Al3++H+ adsorvidos às micelas em forma eletrovalente.
Acidez não trocável: É constituída de H+ de ligação covalente associado à carga negativa variável e aos polímeros de alumínio.
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COMPONENTES DA ACIDEZ E CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
Acidez potencial = Acidez trocável + acidez não-trocável. 
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REAÇÃO DO SOLO
COMPONENTES DA ACIDEZ E CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
Poder tampão
A capacidade tampão da acidez dos solos é determinada pelas características da CTC, sendo definida como a "resistência que os solos apresentam a mudanças de pH". 
O poder tampão, também pode ser definido como sendo a quantidade de base necessária para elevar em uma unidade o pH do solo. 
Quanto maior a acidez potencial maior será o poder tampão do solo.
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PODER TAMPÃO
Necessidade de calcário do solo A = 6,5 t ha-1
Necessidade de calcário do solo B= 2,8 t ha-1
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COMPONENTES DA ACIDEZ E CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
Efeitos nocivos da acidez 
A elevada acidez de grande parte dos solos tropicais condiciona uma alta atividade do Al na solução do solo, deficiência de Ca, Mg e P, além da toxidez por Mn.
Sintomas de toxicidade do Al3+ no sistema radicular:
Raízes caracteristicamente curtas e grossas;
 Inibição do crescimento e coloração escura;
 Raízes laterais engrossadas e pequena formação de pêlos radiculares;
 Predisposição da planta injuriada a infecções por fungos.
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COMPONENTES DA ACIDEZ E CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
Como efeitos citológicos, pode-se observar:
 Inibição da divisão celular, com a conseqüente inibição do alongamento celular;
 Ruptura das células do periciclo.
Classificação de solos conforme o pH (EMBRAPA, 1999)
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
Consiste na aplicação no solo de materiais que neutralizam a acidez, ou seja, uso de materiais de reação básica (OH-) e que tem em comum Ca+Mg = CALAGEM.
Material corretivo, um sal, que seja capaz de suprir um cátion, preferencialmente um nutriente e um ânion com capacidade de retirar prótons do meio (H+), portanto deve ser proveniente de um ácido fraco. 
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
Princípios da Calagem 
A calagem está fundamentada no fenômeno de troca catiônica:
Onde: MX = um sal que cede ao solo seu cátion.
 X = ânion tem que ser um ácido fraco, receber prótons.
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
Muitos materiais podem ter capacidade de promover a troca iônica, mas, para serem corretivos, necessitam de:
b) produto da reação: após a troca, deve formar-se HX.
a) efetuar a reação: o cátion (M) do sal deve trocar com H+, Al3+ e outros cátions trocáveis de caráter ácido e de dissociar parte de H+.
Não haverá correção da acidez
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
c) elemento essencial: M deve ser um nutriente. Assim, além de efetuar a correção da acidez do solo, estar-se-á fornecendo um nutriente às plantas.
Ba não é nutriente...
Ca é nutriente...
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
Efeitos Benéficos da Calagem
 Correção da acidez do solo;
 Insolubilização de elementos tóxicos (Al e Mn);
 Aumento dos teores de Ca e Mg;
 Estímulo da atividade microbiana;
 Melhoria das propriedades físicas;
 Maior desenvolvimento radicular.
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
Determinação da Necessidade de Calagem 
Necessidade de calagem (NC) “quantidade de corretivo de acidez necessária para neutralizar a acidez do solo, de uma condição inicial de alta acidez até um nível desejado”.
 Método da Curva de Incubação com CaCO3
Amostras de solo são incubadas com doses crescentes de carbonato de cálcio (CaCO3);
Umidade mantida na capacidade de campo (CC) ou 80% da CC;
Leitura do pH após o período de incubação (45 a 90 dias);
Construção das curvas de calibração. 
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
b) Método do Al e Ca+Mg trocáveis
Neste método, a calagem deve ser suficiente para neutralizar o Al trocável e assegurar teores adequados de Ca e Mg no solo, sendo o valor de pH de interesse secundário.
Onde: Y (1 a 3) = variável com a textura do solo;
 X (1 a 3) = variável com a exigência da cultura.
Y = 1, para solos arenosos (<15% de argila);
Y = 2, para solos de textura média (15 a 35% de argila); 
Y = 3, para solos argilosos (>35% de argila);
X = 1, para eucalipto;
X = 2, para a maioria das culturas;
X = 3, para cafeeiro e outras culturas exigentes em Ca e Mg.
t.ha-1
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
c) Método da saturação de bases
Onde:
T = CTC potencial (cmolcdm-3); 
Va = saturação de bases atual do solo;
Ve = saturação de bases desejada para a cultura.
t ha-1
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
Quantidade de Calcário a ser Aplicada
Quantidade de calcário (QC) (CaCO3) a ser usada deve considerar:
 Percentagem da superfície a ser coberta pela calagem (sc);
 Profundidade na qual será incorporado o calcário (p);
 Poder relativo de neutralização total (PRNT) do calcário;
QC = NC (sc/100) (p/20) (100/PRNT)
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
Por exemplo:
Quantidade de calcário = QC ? 
PRNT = 90%;
NC = 6 t ha-1;
sc = área a ser corrigida em faixas de 75%;
p = profundidade de incorporação de 8 cm;
QC = 6 (75/100) (8/20) (100/90) = 2,0 t ha-1
QC = NC (sc/100) (p/20) (100/PRNT)
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CORREÇÃO DA ACIDEZ
 Época e modo de aplicação do calcário
 Aplicado dois a três meses antes do plantio;
 Distribuído uniformemente sobre a superfície do solo;
 Incorporado com arado e grade.
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