sábado, 4 de septiembre de 2010

FASE LÍQUIDA DEL SUELO

Siendo estrictos, los suelos son sistemas sin equilibrio, ya que continuamente están ocurriendo reacciones físicas, químicas o biológicas que les están alterando sus propiedades. No obstante, se pueden alcanzar equilibrios parciales en algunos suelos en los que los sólidos del suelo no cambian. Por ejemplo, el intercambio de cationes de Na+ y de Ca2+.

Uno de los aspectos importantes del conocimiento de un suelo es el estudio de sus propiedades químicas ya que la fase líquida del suelo está formada por la solución del suelo que proporciona los nutrientes a las plantas y es el medio en el que se llevan a cabo la mayoría de las reacciones químicas del suelo, las cuales se tratan de explicar con base en los principios de la química. Los minerales son óxidos cuyas cargas son contrarrestadas por los iones de silicio, aluminio, fierro y pequeñas cantidades de otros cationes.

Gran parte del comportamiento químico del suelo se puede explicar considerando la competencia entre las especies químicas del oxígeno, O2-, OH- y H2O para captar cationes y aniones en la solución de suelo y en los sólidos adyacentes, ya que el agua es un óxido cuya carga es contrarrestada por los iones de hidrógeno.

La cantidad de átomos, iones y moléculas que participan en una reacción química es tan grande que no se pueden medir directamente, sin embargo, es importante conocerlo porque determina la magnitud de una reacción química.

Como el medio químico de un ion en una solución acuosa es muy semejante en algunos aspectos al medio que rodea al mismo ion en un mineral resulta importante el estudio de las soluciones acuosas.

El que las moléculas de agua interactúan fuertemente entre sí se pone de manifiesto en la temperatura de ebullición tan alta y en el gran valor del calor específico del agua. Por ejemplo, el sulfuro de hidrógeno (ácido sulfhídrico) H2S es una molécula químicamente muy similar a la del óxido de hidrógeno, H2O, pero tiene una temperatura de ebullición muy baja, - 61ºC, debido a que la interacción entre sus moléculas es mucho menor que la de las moléculas de H2O. La razón principal para que existan las interacciones tan fuertes entre las moléculas de H2O son sus puentes de hidrógeno y que los iones hidrógeno forman un ángulo de 105º, lo que genera un dipolo con extremos positivos en los hidrógenos y negativos del lado del oxígeno. La atracción electrostática del extremo positivo de una molécula de H2O con el extremo negativo de otra molécula de H2O forma una estructura interna que se pone de manifiesto en el hielo (agua sólida) y se observa débilmente en el agua líquida. Esto hace que se formen en el agua líquida pequeños grupos de moléculas de agua que tienen una estructura parecida a la del hielo, es decir, que a nivel molecular el agua líquida es como una suspensión de hielo en agua.

En una solución acuosa, las moléculas de agua y los solutos en el agua interactúan todas entre sí (las moléculas de agua con las de agua y con las de los solutos y viceversa). Las moléculas de los solventes y de los solutos iónicos y no iónicos nunca están libres de la influencia de las otras moléculas o iones de su alrededor. Sin tales interacciones el estudio de la química de soluciones sería sencillo ya que las soluciones líquidas se comportarían como los gases ideales, sin considerar interacciones entre las partículas que los constituyen.

Interacción catiónica

Generalmente se habla sólo de las fases sólida, líquida y gaseosa pero no se considera a la fase coloidal que forma a las arcillas. Una parte del agua del suelo y gran parte de los iones de la solución del suelo están determinados por las cargas y los enlaces químicos que no se llevan a cabo entre los minerales arcillosos y la materia orgánica.

La carga predominantemente negativa de los coloides del suelo retiene cationes en la película de agua sobre la superficie del coloide, lo que reduce la pérdida de los iones Ca2+, Mg2+, K+ y Na+ por lixiviación y al mismo tiempo mantiene estos cationes disponibles para que sean captados por los vegetales. Principalmente, los cationes de los metales de transición y el aluminio precipitan como aluminosilicatos y casi ni están presentes en la fase acuosa. Los cationes de los metales alcalinos y alcalinotérreos tienen menor oportunidad de precipitar debido a su tamaño y a su carga. Por lo que, permanecen en la fase acuosa y neutralizan la carga superficial. La cantidad disponible para los vegetales de cationes Ca2+, Mg2+, K+ y Na+ y los considerados macro nutrientes esenciales se encuentran en la parte de la solución de suelo cercana a la superficie de los coloides. Estos cationes se conocen como intercambiables porque se pueden intercambiar por otros mediante la adición de fertilizantes, de cal o por irrigación.

Los cationes liberados mediante el proceso de intemperismo y por descomposición de la materia orgánica varían grandemente en cuanto a la carga del ion, tamaño, polaridad y reaccionan de manera diferente a los iones y superficies encontrados en el suelo. Algunos tienden a precipitar de nuevo como minerales formados por el suelo(fase sólida); otros tienden a permanecer en solución aunque asociados con la superficie de la fase sólida (iones intercambiables); otros son competidores deficientes por la carga superficial y por lo tanto, permanecen de manera predominante en la solución de suelo (iones solubles).

Las soluciones de sales eliminan algunos aniones de los suelos y debido a que la mayoría de los coloides del suelo están cargados negativamente, la reacción principal la constituye el intercambio de los cationes del suelo por los de la solución extractora.

Generalmente, la distribución de los principales cationes intercambiables en los suelos agrícolas productivos es: Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4+ = Na+. Lo que le ocurre a los iones después del intemperismo mineral y la descomposición de la materia orgánica depende tanto de las propiedades de los iones como de las del suelo o de los materiales producto del intemperismo y la descomposición. La composición de los cationes intercambiables en los suelos tiende a ser mucho más uniforme que la composición de la roca madre de la que se han derivado los cationes. No obstante, los cambios a gran escala en los factores de formación del suelo modifican de manera definitiva la distribución de los cationes intercambiables.

Las reacciones de intercambio catiónico son rápidas y su velocidad depende de la difusión del ion hacia la superficie del coloide o desde dicha superficie. A la relación de la dependencia entre el intercambio catiónico y la valencia del catión se le conoce como efecto de dilución de valencia.

Para fines prácticos, la suma de los cationes intercambiables Ca2+ , Mg2+ , K+ , Na+ y Al3+ equivale generalmente a la capacidad de intercambio catiónico (CIC) del suelo. La composición del catión intercambiable y la capacidad de intercambio catiónico se expresan en moles de la carga del ion/kg (anteriormente, meq/100g o meq/g). Como las cantidades intercambiadas de cationes son equivalentes químicamente el intercambio catiónico es reversible y estequiométrico. Por otra parte, la suma de todos los cationes intercambiables presentes a un pH específico varía ligeramente con el tipo de catión.

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