FCS_5aProps_quimicas

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21/11/2011
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Propriedades Químicas do Solo
José Miguel Reichert
Paulo Ivonir Gubiani
Retenção e liberação de nutrientes pelo solo
K
Ca
Mg
P
K
NCa
Mg S
Mn
Cu
Zn
Fe
Mo
Cl
B
Al Al
A adsorção de cátions é um fenômeno 
muito importante para a nutrição de 
plantas
C
T
C
Capacidade
Troca
Cátions Solução do solo
Colóide
K
K
KK
Mg
Mg
Mg
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Onde estão localizados os grupos funcionais 
e quais são os principais elementos químicos 
desses grupos?
Nos colóides minerais, a resposta requer 
entendimento da formação dos 
argilominerais e óxidos.
Substituição isomórfica
Entrada do Al+3 no lugar do Si+4 
nos tetraedros
Entrada de Mg+2 no lugar de Al+3
nos octaedros
Nos argilominerais 2:1 o excesso de carga negativa é compensado pela 
carga positiva de cátions, lâminas hidróxido ou polímeros de hidróxi-
Al situado entre camadas, as quais mantém as camadas unidas
Alumínio+3
Silício+4
Origem de cargas permanentes
Magnésio+2
Origem de cargas dependentes de pH
Argilas 1:1 Os 
átomos das bordas 
apresentam 
desequilíbrio no 
número de 
coordenação do 
cátion (Si e Al).
Óxidos (Fe, Al, Mn, e 
Ti)  igualmente.
A reatividade desses grupos funcionais depende da relação entre a 
valência do cátion e o número de coordenação.
-
H-1/2
H2+1/2
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Argilomineral
Matéria orgânica  as cargas elétricas são 
todas dependentes do pH
Alguns grupos funcionais:
-COOH (carboxílicos)
-OH (hidróxi-fenólicos)
=C=O (carbonílicos)
Matéria 
orgânica
Matéria 
orgânica
Grupo
COOH
COO-
CTC na matéria 
orgânica e retenção 
de nutrientes
Protonação
Capacidade de Troca de Cátions - CTC 
Dois tipos de CTC:
PERMANENTE 
(substituição isomórfica - independente do pH)
VARIÁVEL
(dependente do pH do solo)
A capacidade de troca de cátions (CTC) corresponde à soma das
cargas negativas do solo (fração argila, e matéria orgânica) retendo os
cátions, tais como Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Al3+ e H+.
CTC permanente
 Esta CTC é chamada permanente, porque NÃO
varia com o pH, é resultado da substituição 
isomórfica
 Ela ocorre nos solos menos desenvolvidos, 
predominando nas regiões temperadas
 No RS, alguns solos da campanha
CTC dependente de pH
• Este tipo de CTC é chamado de CTC variável, porque o número 
de cargas elétricas pode aumentar ou diminuir em função do pH 
do solo.
 Se o pH diminuir a CTC diminui
 Se o pH aumentar a CTC aumenta
• A CTC variável é a que predomina nos solos tropicais
• A CTC variável é a que existe na fração orgânica do solo
Tipos de CTC
Minerais 2:1 com substituição isomórfica
Pouca variação com o pH Variaçãodevido à 
dissociação 
radicais OH
PCZ
CTC devido 
à substituição isomórfica
pH
C
TC
C
TA
CTC permanente
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Origem da CTC em argilomineral de carga 
variável
Protonação
Bordaduras dos alumino-silicatos
OH
Si
OH+1/2
Al
OH2+1/2
C
ao
lin
ita
OH
Si
O
Al
OH2+1/2
C
ao
lin
ita 1/2
O
Si
OH
Al
OH
C
ao
lin
ita 1/2
1/2
Ponto de carga zero – PCZ
PCZ: valor de pH em que a quantidade de cargas elétricas negativas e positivas 
são iguais. Quando o pH do meio coincide com o PCZ, a argila flocula e a 
medida que o pH se distancia-se do PCZ a argila tende a se dispersar.
Forças de atração (Van de Waals) – depende da proximidade das partículas.
Forças de repulsão – cargas elétricas de mesmo sinal.
Proporção de argilominerais 2:1, 1:1, óxidos e matéria orgânica mudam o PCZ.
Cátion neutralizador das cargas negativas afetam a floculação.
http://www.pedolo
giafacil.com.br/en
q_38.php
Protonação e retenção de nutrientes Retenção de íons
Adsorção de cátions
Adsorção específica: ligações químicas de alta energia. 
Ex: cobre, zinco, potássio, alumínio.
Adsorção não específica: cátions permanecem 
hidratados e são atraídos pelas cargas negativas dos colóides do 
solo. Ex: Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Al+3
Adsorção de ânions
- Cargas positivas muito pequenas mesmo em solos velhos.
- NO3-, Cl- são muito fracamente adsorvidos: lixiviados.
- Os ânions fosfato (H2PO4-) e sulfato (SO4-2) são retidos por 
adsorção específica.
Fatores que afetam a adsorção e troca de cátions
Quanto maior a valênciamais fortemente o cátion é adsorvido: Al+3 > Ca+2 > 
Mg+2 > K+ > Na+ ; o H+ comporta-se como trivalente
Quanto maior a hidratação do íon menos ele é adsorvido: Li+ > Na+ > K+ > 
NH4+ > Mg+2 > Ca+2 ; portanto o Li+ é o menos adsorvido, porque tem maior 
hidratação.
Concentração: Cátions em maior concentração são mais adsorvidos e deslocam 
os demais para a solução do solo.
Seletividade do colóide:
Ilita: Al+3 > K+ > Ca+2 > Mg+2 > Na+
Caulinita: Ca+2 > Mg+2 > K+ > Al+3 > Na+
Montmorilonita: Ca+2 > Mg+2 > H+ > K+ > Na+
Matéria orgânica: Mn > Ba > Ca+2 > Mg+2 > H+ > K+ > Na+
Bases e acidez 
do solo
Rocha pH 7,0
CO2 + H2O HCO3- + H+
Percolação de bases
(Ca2+, Mg2+, K+, Na+)
Solo pH 4,0
(H+ e Al3+)
Al3+ + 3 H2O Al(OH)3 + 3H+
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Ácidos fortes Ácidos fracos
É gerada quando os cátions básicos são substituídos por H e Al.
pH do SOLO
ACIDEZ ATIVA – é devida aos íons H+ que estão
dissociados na solução do solo.
É expressa pelo pH = - log [H+] = 1/log [H+]
ACIDEZ POTENCIAL = soma de H + Al adsorvidos no solo
Acidez do solo
Fase sólida Solução do solo
Acidez ativaAcidez potencial
ARGILO-
MINERAIS
HÚMUS
ÓXIDOS
O—H
O—Al
COO—Al
COO—H
FeO—H
AlO—H
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+ H+
H+
H+
H+
Representação esquemática da acidez potencial e acidez ativa do solo (adaptado
de Quaggio, 1986).
Tipos de acidez
[H+] -log[H+] -log[OH-] [OH-]
0,0001 = 10-4 4 10 0,0000000001 = 10-10
0,00001 = 10-5 5 9 0,000000001 = 10-9
0,000001 = 10-6 6 8 0,00000001 = 10-8
0,0000001 = 10-7 7 7 0,0000001 = 10-7
0,00000001 = 10-8 8 6 0,000001 = 10-6
0,000000001 = 10-9 9 5 0,00001 = 10-5
0,0000000001 = 10-10 10 4 0,0001 = 10-4
pH = - log[H+] = log(1/[H+])
pH do solo Fontes de acidez potencial
a) Ácido carbônico formado na rizosfera pela atividade
microbiana e pela respiração radicular.
CO2 + H2O HCO3- + H+
b) Adubos acidificantes (NH4)2SO4 quando se solubilizam
liberam íons H+
c) Mineralização dos compostos orgânicos: pela reação de 
nitrificação há liberação de íons H+
d) Liberação de íons H+ pelas raízes das plantas, quando da 
absorção de cátions básicos da solução do solo
e) Com aumentodo pH, os grupos (Al, Fe)OH, (Al, Fe)OH2 e 
COOH dissociam íons H+
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oo
Fonte: Adaptado de Sousa et al. (2007).
Relação entre pH e disponibilidade de nutrientes.
oo pH em água
N, P, K, Ca, Mg
Zn, Cu, Mn, Fe
Al+3
4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,5
Faixa ótima
Reações na interface solido-solução
CaCO3 + H2O ↔ Ca+2 + 
HCO3- + OH-
Correção da acidez com calagem
H+ + OH- ↔ H2O
Al+3 + 3H2O ↔ Al(OH)3
+ 3H+
H + + HCO3- ↔ H2CO3
H2CO3 ↔ H2O + CO2
Indicadores da condição do 
complexo de troca 
As proporções 
dos íons retidos 
no complexo 
de troca podem 
mudar se 
mudar a 
condição 
geoquímica do 
meio
É a soma dos principais cátions trocáveis:
SB (ou S, mas cuidado para não confundir com 
“enxofre” ) = Ca+2 + Mg+2 + K+ + (Na+)*
* Contribuição do sódio é pequena em solos sem problemas de 
salinidade
Soma de Bases
1- CTC a pH do solo ou efetiva
Corresponde a soma de bases (SB): cálcio, magnésio, potássio e 
sódio mais o alumínio, ou seja CTC efetiva = SB + Al.
Descreve o número de cargas negativas existentes nos valores de pH 
que o solo apresenta
É usada como um dos critérios para saber se o solo é ácrico (baixa 
CTC efetiva) ou não ácrico (média ou alta CTC efetiva). 
2-CTC a pH 7 CTC ~ T
Corresponde a SB + Al + H
Descreve o número de cargas negativas que o solo pode ter a pH7.
Utilizada para calcular a dose de calcário.
Classificação da CTC em função do pH CTC dos constituintes da fração 
coloidal do solo
 Como a CTC está na fração argila: solos argilosos 
possuem maior CTC que arenosos
 Solos com mais matéria orgânica possuem maior 
CTC
 Solos com minerais do tipo 2:1 possuem mais CTC 
que solos com minerais do tipo 1: 1
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CTC das frações da fase sólida do soloPartícula do
Solo
CTC
(cmolc kg-1)
Argila 1:1 3-15
Argila 2:1 100-150
Silte < 1
Areia 0
Matéria orgânica 200-300
Em cada fração a CTC varia de acordo com o mineral predominante.
S (cmolc/kg) V (%) T (cmolc/kg)
Alto
Médio
Baixo
mais de 6
4 a 6
menos de 4
mais de 60%;
35 a 60%;
menos de 35%;
mais de 10
6 a 10
menos de 6
Alto
Médio
Baixo
M. baixo
ROLAS 2004 mais de 80%;
65 a 80%;
45 a 64%;
< 45
Sat Al+3 3
3Al100 



AlS T
SV 100% Sat por bases 
Interpretação dos valores de S, T (CTCpH7) e V em solos
0
5
10
15
20
C
át
io
ns
 tr
oc
áv
ei
s
Urug SM SA SP Erec
B
as
es
 d
e 
Tr
oc
a
A
ci
de
z 
de
 T
ro
ca
Proporção da CTC ocupada por bases em 
alguns solos do RS sob condições naturais 
80-100
35-80
< 35
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http://www.ruralcentro.com.br
Para adubar corretamente 
é preciso conhecer o solo!
Atividade da fração argila - CTCr = CTC pH7,0 x 100/% argila
Indica a mineralogiada fração argila
Se a CTCr for maior ou igual a 27 cmol kg-1 de argila o solo é de alta atividade
coloidal, ou pedologicamente considerado como Ta, se menor que 27 cmol kg-1 de
argila o solo é de baixa atividade coloidal, ou pedologicamente considerado como
Tb.
Solos Ta: ↑ argilominerais 2:1 e predomínio de carga líquida negativa (maior
afinidade por cátions).
Solos Tb: ↑ minerais silicatados 1:1 e óxidos de ferro e de alumínio. Pode haver
também carga negativa, mas à medida que o solo torna-se mais intemperizado
(mais oxídico), começa a predominar carga líquida positiva.
Solos Ta: Luvissolos, Vertissolos e Chernossolos
Solos Tb: Latossolos e Nitossolos
Os solos Ta são muito duros ou extremamente duros,enquanto que os solos Tb são
friáveis.
Ca2+, Mg2+, K+, Na+ e 
Al3+
no complexo de troca 
do solo
Ca2+, Mg2+, K+, Na+
Ca2+, Mg2+, K+, Na+
Al3+
Eutrófico
Distrófico
Álico
Eutrofia, distrofia e alicidade
0% 50% 100%
Exemplos de eutrofia e distrofia
--------------------------------------------------------------------------------------
Solo 1: CTC = 20 e SB = 10,5; V% = 10,5/20*100 = 53%; Eutrófico
Solo 2: CTC = 20 e SB = 9,5; V% = 9,5/20*100 = 48%; Distrófico
--------------------------------------------------------------------------------------
Solo 1: CTC = 20 e SB = 9,5; V% = 9,5/20*100 = 48%; Distrófico
Solo 2: CTC = 7 e SB = 5 V% = 10/20*100 = 71%; Eutrófico
Entretanto, o solo 2 tem menos nutrientes que o solo 1!!!
--------------------------------------------------------------------------------------
Absorção de nutrientes do solo pelas plantas 
P
K
NCa
Mg S
Mn
Cu
Zn
Fe
Mo
Cl
B
Al
Relações 
fundamentais 
gerais
Solo como 
objetivo 
principal
Nutrientes 
essenciais
C (carbono)
H (hidrogênio) 
O (oxigênio)
ar e água
Ca (cálcio)
Mg (magnésio) 
S (enxofre)
N (nitrogênio) 
P (fósforo)
K (potássio)macronutrientes
Fe (ferro)
Mn (manganês) 
Cl (cloro)
B (boro)
Zn (zinco)
Cu (cobre)
Mo (molibdênio)
micronutrientes
Elementos tóxicos:
Al (alumínio)
Fe (ferro) 
solo
solo
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Elemento Símbolo Forma 
absorvida
Carbono C CO2
Oxigênio O
H2OHidrogênio H
Nitrogênio N NO3-, NO2-, NH4+
Fósforo P H2PO4-, HPO4-2
Potássio K K+
Cálcio Ca Ca+2
Magnésio Mg Mg+2
Enxofre S SO4-2
Ferro Fe Fe+2
Manganês Mn Mn+2
Zinco Zn Zn+2
Cobre Cu Cu+2
Boro B H3BO3
Cloro Cl Cl-
Molibdênio Mo HMoO4-
Nutrientes benéficos 
ou acessórios: 
-cobalto (Co), silício (Si), 
-sódio (Na)
Elementos tóxicos:
-alumínio (Al), manganês (Mn),
- ferro (Fe)
A quase totalidade 
dos nutrientes é 
absorvida na forma 
de íons, portanto a 
planta precisa 
competir com o solo 
pelos nutrientes
Fase sólida Fase líquida
Mineral de 
Argila
A concentração de nutrientes decresce exponencialmente com a 
distância da partícula. Quanto menor for a carga da partícula, 
menor será a concentração de íons na solução do solo.
Carga positiva dos cátions 
atrai ânions
Dupla camada difusa
Expessura = 10 – 20 nm
A concentração de nutrientes decresce exponencialmente com a 
distância da partícula
Distância
O desenvolvimento da planta é limitado pelo nutriente que se
encontra em mínimo em relação a sua necessidade, na presença de
quantidades adequadas dos demais nutrientes.
(Lepch, 1976) 
Lei do mínimo (Justos von Liebig)
Solução do solo
Argilomineral
Raiz
K
Ca
Mg
K
Ca
Mg
KCa
Mg
K
Mg
Mg
K
K
Ca
Ca
Ca
Ca
Mg
Mg
Mg
Mg
Mg
Mg
Ca
Ca
Ca
K
K
K
P
P
P
CTC
H+
K
Mg
Ca
H+ da respiração, exudatos...
Absorção de nutrientes pelas plantas
Solo - Interceptação radicular
- Fluxo de massa = [nutriente] x taxa de transpiração
- Difusão = coef. dif. x área raiz x água x (conc. sol. – conc. raiz)
distância
Nutriente Interceptação radicular
Fluxo de massa Difusão
---------------------------- % ----------------------------
P 3,5 2,6 93,9
K 0,9 10,1 89,0
Ca 35,0 65,0 0
Mg 10,9 89,1 0
Valores médios da contribuição relativa dos mecanismos de suprimento para
plantas de milho durante 13 dias em 12 solos do RS. (Vargas et al., 1983)
Mecanismos de suprimento
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Propriedades químicas de 
solos hidromórficos
Douglas R. Kaiser
Solos alagados – várzea
Planossolo Hidromórfico Gleissolo
Fonte: Streck et al. 2002
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Lâmina de água
Solo
10 cm
Reações químicas – oxidação e redução
Ambiente anaeróbico
NO3 + 2H2O + 2e- ½ N + 6OH-
MnO2 + 2H2O +2e- Mn2+ + 4OH-
Fe(OH)3 + e- Fe2+ +3OH-
SO4-2 + 6H2O +8e- H2S + 10 OH-
Com a ausência de O2 no meio ocorre a redução
de muitos elementos pela ação dos
microrganismos anaeróbicos e liberação de
Hidroxilas que vão aumentar o pH do meio.
Variações de características químicas de solos de várzea do RS após 50 dias de 
alagamento.
Característic
a
Alagamento Planossolo Plintossol
o
Outros MÉDIA
pH ANTES 4,5 4,5 5,3 4,8
DEPOIS 6,5 6,7 6,8 6,7
CTC 
(cmolc/dm3
)
ANTES 2,9 7,1 21,0 10,3
DEPOIS 3,3 9,7 22,2 11,7
Fe 2+ (mg 
/L)
ANTES <3 <3 <3 <3
DEPOIS 346 346 354 300
Mn 2+
(mg/L)
ANTES 22 55 25 34
DEPOIS 80 694 277 350
Com o aumento dos teores de Fe e Mn na solução do solo, ocorre um
deslocamento de outros cátions para a solução ( Ca, Mg, K), aumentando a sua
Disponibilidadepara as plantas.
Fonte: Camargo & Tedesco, 2004
0 3 6 9 12 15
5,5
6,0
6,5
SEMANAS DE ALAGAMENTO
p
H
Planossolo