Relación Suelo-Planta Intercambio Iónico

Presentación del tema: "Relación Suelo-Planta Intercambio Iónico"— Transcripción de la presentación:

1 Relación Suelo-Planta Intercambio Iónico
Ing. Agr. Gilberto Cabalceta Aguilar Centro de Investigaciones Agronómicas Universidad de Costa Rica

2 Intercambio Iónico Proceso reversible por el cual las partículas sólidas del suelo o coloides adsorben iones de la fase acuosa y desadsorben cantidades equivalentes de otros iones, estableciéndose un  dinámico entre ambas fases Equivalente químico: cantidad químicamente = 1.008g de H+ Masa equivalente: cantidad de un elemento que puede reemplazar o combinar con 1.008g de H+ Masa equivalente = masa atómica  Ca2+ = 40 = 20g valencia El N° de átomos de H+ en un equivalente es igual al N° de avogadro (6.02 x 1023)

3 Características del intercambio iónico
Miliequivalente: g de hidrógeno Ca: 40/1000x2 = 0.020g = 20mg Si existiera un meq. de CIC, tendría 6.02 x 1020 sitios de adsorción cargados negativamente Equivalencia: un meq. Se intercambiará con otro meq. 20g Ca 12g Mg 39g K 9g Al Reversibilidad: todo lo que se mueve en un sentido puede hacerlo en el contrario Afecta: pH, Rx. de fijación-precipitación-acomplejamiento Velocidad: con que un catión se intercambia es casi instantánea en sitios muy accesibles Grado: de intercambio o eficiencia del reemplazamiento de un catión por otro, depende de:

4 Características del intercambio iónico
a. Características del cambiador: sup. específica y  carga b. Característica de los iones: valencia, [ ], actividad iónica o fuerza de intercambio Li < Na < H3O+ < NH4  K < Cs < Rb < Mg < Ca < Sr < Ba < Al c. Características de iones complementarios: el reemplazo de un ion depende de su naturaleza y la naturaleza de los otros iones que ocupan posiciones de intercambio d. Naturaleza de los aniones presentes en la solución de reemplazamiento: la reeplazabilidad de los cationes varía con el anión presente en la solución e. Temperatura: al aumentar, aumenta la actividad cinética de las partículas y la adsorción es menor

5 Capacidad de intercambio de cationes (CIC)
Expresión del número de sitios de adsorción de cationes por unidad de peso de suelo. Se define como la total de cationes intercambiables adsorbidos, expresados en cmol(+)/L de suelo o meq/100g suelo Ca Mg K+ Na+ Al H+ Fe Mn2+ Suma de bases = S = Ca Mg K+ Na+ Acidez intercambiable = Al H+ CICE = Capacidad de Intercambio Catiónico Efectiva CICE = Suma de bases + acidez intercambiable % saturación de bases = V = (S/CICE) x 100 % saturación de acidez = (Ac.Int./CICE) x 100

6 Formas de expresión 1L  100L 1kg  100L 1000g  100L 10g  1L
10 000mg  1L N en el suelo % Foliares N, P, K, Ca, Mg, S M.O. cmol(+)L-1 = meq/100mL cmol(+)kg-1 = meq/100g 1cmol(+)  1L 0.01mol(+)  1L 0.01 MM/val  1L 10 MM(mg)/val  1L Acidez, Al, H, Ca, Mg, K, Na CICE mg L-1 = g/mL mg kg-1 = g/g = ppm 1mg  1L 0.001g  1L P, S Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl Foliares menores

7 Conversiones 1. %  mgL-1 % x 10 000 = mgL-1 mgL-1  % mgL-1/10000 = %
mgL-1  cmol(+)L-1 mgL-1/(10MM/val) = cmol(+)L-1 2. cmol(+)L-1  mgL-1 cmol(+)L-1 x 10MM/val = mgL-1 3. %  cmol(+)L-1 % x = cmol(+)L-1 (10MM/val) % x 1000 = cmol(+)/L-1 (MM/val) cmol(+)L-1  % cmol(+)L-1 x 10(MM/val) = % 10000 cmol(+)/L-1 x MM/val = % 1000

8 Kg/ha ha= L A. % = 1kg  100L x  L % x = kg/ha B. mgL-1 = 1mg  1L 0.001g  1L kg  1L x  L 1 x 10-6  1L x  2 x 10-6L mgL-1 x 2 = kg/ha C. cmol(+)L-1 = 0.01 MM/val (g)  1L MM/val (kg)  1L x  L 1 x 10-5 MM/val  1L x  2 x 106L cmol(+)L-1 x 20 MM/val = kg/ha

9 Factores cmol(+)L-1 kg/ha mgL-1 % 400 240 780 180 2 10 000  

10 Adsorción - Fijación - Precipitación
Adsorción: fenómeno mediante el cual una sustancia es atraída por la superficie de otra por un periodo más o menos corto. Según las fuerzas que intervienen hay: 1. Intercambio iónico: fuerzas electrostáticas 2. Adsorción física: fuerzas de Van der Waals 3. Adsorción química (quimiosorción): fuerzas químicas de tipo covalente principalmente “En general es difícil detectar el proceso dominante” Una molécula adsorbida difiere de otra igual por: Movilidad restringida Orientación Polarización En condición constante: la cantidad adsorbida es proporcional a la superficie disponible para la adsorción

11 Adsorción - Fijación - Precipitación
Superficie de tamaño constante: la cantidad adsorbida depende de la T: A > T, < adsorción y viceversa (E cinética) “Adsorción: resulta del  entre fuerzas de atracción que inmovilizan partículas y la agitación térmica que las mueve” Isotermas (curvas): Fenómeno de adsorción a T constante con variación de la cantidad a adsorber Freundlich y Langmuir: Para aniones P y S Curva Tipo I: cóncava Q C I Conforme una sust. es adsorbida a una sup., es + difícil la adsorción adicional de esta, hasta alcanzar un máx., donde las fuerzas ya no bastan para más adsorción

12 Adsorción - Fijación - Precipitación
Curva Tipo III: convexa Q C III Las moléculas adsorbidas facilitan la unión de partículas adicionales. No tiene máximo Combinaciones, secuencia de 2 etapas Q C II Q C IV Q C V Q: concentración [sustancia] adsorbida por unidad de suelo C: [sustancia] a adsorber

13 Adsorción - Fijación - Precipitación
Precipitación: Sust. isomórfica. Los iones PO43-, cuyo N° de coordinación entra en sitios ocupados por Si en tetraedros Con una fuerte [P],  el Si en solución, que indica que el P no llega a saturar los materiales, sino que más bien, entre > sea la adición, más se fomenta la capacidad de fijación Fijación de P En suelos ácidos: Fosfatos de Al y Fe En suelos calcáreos: Fosfatos de Ca y Mg Suelos volcánicos: Fosfatos de Al/adsorción Intensidad de fijación de P (Mineralogía) Óxidos amorfos (incluyendo alofana) Óxidos cristalinos (gibsita [Al], goetita [Fe]) Arcillas 1:1

14 Adsorción - Fijación - Precipitación
Arcillas 2:1 Andisoles > Oxisoles > Ultisoles > Vertisoles Fijación de K y NH4+ 1. Clase de mineral arcilloso Arcillas 1:1 no fijan, 2:1 si fijan, alofana es afín al K 2. Magnitud de carga A más carga, más fijación (Vermiculita posee + carga) 200 cmol(+)/L arcilla, facilitan fijación 110 cmol(+)/L arcilla, poca fijación Arcillas con <110 cmol(+)/L de CIC no fijan 3. Fuente de la carga Sust. en octaedros, carga + débil, difusa, fija - (Montm.) Sust. en tetraedros, carga + directa, fija + K (Vermic.) 4. Secado y humedecimiento 5. Concentración de K en solución 6. pH