La acidez del suelo mide la concentración en hidrogeniones.En los suelos los hidrogeniones están en la solución, pero también existen en el complejo de cambio, o sea hay dos tipos de acidez, activa o real (en solución) y de cambio o de reserva (para los adsorbidos). Ambas están en equilibrio dinámico. Si se eliminan H+ de la solución se liberan otros tantos H+ adsorbidos. Como consecuencia el suelo muestra una fuerte resistencia a cualquier modificación de su pH, está fuertemente tamponado.Los factores que hacen que el suelo tenga un determinado valor de pH son diversos, fundamentalmente:Naturaleza del material original. Según que la roca sea de reacción ácida o básica.Factor biótico. Los residuos de la actividad orgánica son de naturaleza ácida.Precipitaciones. Tienden a acidificar al suelo y desaturarlo al intercambiar los H+ del agua de lluvia por los Ca++, Mg++, K+, Na+... de los cambiadores.Complejo adsorbente. Según que esta saturado con cationes de reacción básica (Ca++, Mg++...) o de reacción ácida (H+ o Al+++). También dependiendo de la naturaleza del cambiador variará la facilidad de liberar los iones adsorbidos.Importancia del pHInfluye en las propiedades físicas y químicas.Propiedades físicas. Los pH neutros son los mejores para las propiedades físicas de los suelos. A pH muy ácidos hay una intensa alteración de minerales y la estructura se vuelve inestable. En pH alcalino, la arcilla se dispersa, se destruye la estructura y existen malas condiciones desde el punto de vista físico.Propiedades químicas y fertilidad. La asimilación de nutrientes del suelo está influenciadas por el pH, ya que determinados nutrientes se pueden bloquear en determinadas condiciones de pH y no son asimilable para las plantas .Alrededor de pH 6-7,5 son las mejores condiciones para el desarrollo de las plantas.Potencial de oxidación - reducciónLas condiciones de oxidación-reducción del suelo son de gran importancia para procesos de meteorización, formación de diversos suelos y procesos biológicos, también están relacionadas con la disponibilidad de ciertos elementos nutritivos.La formulación química de las reacciones de oxidación-reducción es la siguiente:ESTADO OXIDADO + ELECTRONES <=> ESTADO REDUCIDOEn el suelo existe un equilibrio entre los agentes oxidantes y reductores. La materia orgánica se encuentra reducida y tiende a oxidarse, es reductora, ya que al oxidarse tiene que reducir a otro de los materiales del suelo. Por el contrario el oxígeno es oxidante. Por otra parte hay muchos elementos químicos que funcionan con valencias variables, pudiendo oxidarse o reducirse según el ambiente que predomine.Los procesos de oxidación reducción envuelven a elementos que pueden actuar con diferentes valencias y entre ellos tenemos: Fe, Mn, S, N. Algunos ejemplos de procesos de de oxidación en el suelo son:Oxidación: del Fe+2 de minerales primarios en Fe+3 formando óxidos e hidróxidos; la transformación de Mn+2 en Mn+4; la oxidación de S=, por ejemplo de pirita, en sulfatos; la nitrificación o sea la transformación de NH4 en nitritos y nitratos.Por el contrario muchos procesos suceden bajo condiciones reductoras como la desnitrificación, la desulfuricación, la formación de compuestos Fe+2 y Mn+2.Los valores de pH y potencial redox (medidas Eh) delimitan los campos de estabilidad de los materiales del suelo. Los compuestos de Fe y Mn son muy sensibles a cambios de pH y Eh.Dado que en el proceso electroquímico se produce la migración de iones H+ y OH- y su posible descarga en los electrodos, para poner de manifiesto, la mayor concentración de alguno de ellos en la disolución, necesitaremos un indicador ácido base. La fenolftaleína, si debemos identificar una mayor concentración de iones OH- y el azul de bromotimol, para reseñar la mayor concentración de H+. Pero si no disponemos de ellos también se pueden usar indicadores naturales (véase el tema Indicadores ácido –base I), o rojo de metilo, verde de metilo y violeta de metilo.En este trabajo utilizaríamos yoduro potásico, yodato potásico y bromuro sódico.En las disoluciones aparecerán los iones de la sal, así como los iones H+ y OH-. El que se descarguen unos u otros en los electrodos, siempre se descargará primero, el que necesite menos trabajo, lo cual, dejando aparte fenómenos secundarios (sobretensiones[1][1] [1], solvataciones, reacciones anómalas etc), que afectan fundamentalmente a los iones H+ y OH-, dependerá de los potenciales normales de reducción de las distintas formas y será regulado por la ecuación de Nernst. De esta manera se pueden ordenar los iones en sus respectivas carreras hacia los electrodos, por su mayor facilidad de descarga.Si cubrimos unos milímetros del fondo de la caja Petri con una disolución diluida de KI, en la disolución aparecerán los iones K+, H+, I- y OH- . De acuerdo con lo enunciado antes, en el ánodo, se descarga primero el ion yoduro, según el proceso:En el ánodo (+) : 2I- - 2e = I2(s)En el cátodo (-): 2H+ +2e = H2(g)El K+ no se descargar, por lo que en disolución surge un exceso de OH- respecto de los iones H+, que se puede caracterizar por un aumento del pH , lo cual podrá provocar la aparición del color rojo violáceo de la fenolftaleína.En el entorno de los electrodos, se modifica instantáneamente la concentración de H+ y OH- (inicialmente el pH sería 7). La desaparición de H+ al descargarse en el cátodo hace que en esa zona aumente especialmente la concentración de iones OH-Los procesos se podrían explicar, a un nivel elemental,Existen al principio en la disolución, indicando las flechas, aquéllos, que según los procesos redox, se descargarán. El indicador fenolftaleína, actuará como “chivato”, en aquellas zonas cuyo pH suba de 10 (vira de incoloro a rojizo-violáceo a pH>10).El Modelo De Enlace IónicoEste enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16 y 17). En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico.COMO SE DISUELVEN LAS SALESLas verdaderas sales son solidas y sus redes negativas están formadas por iones positivos y negativos. Cuando se disuelven en agua, permanecen ionizados al 100%. Prácticamente no existen en forma de moléculas. En estado sólido las llamamos electrolitos. Existe un grupo de compuestos que tienen propiedades iguales a las de las sales, aunque la mayoría no lo son. Usualmente cuando están expuestas al agua, forman soluciones acuosas, y reciben el nombre de seudoelectrolitos. Su estructura molecular es semipolar, pero al exponerlas al agua se disocian o ionizan y conducen corrientes eléctricas; esto se debe a las reacciones químicas reversibles con las moléculas de agua produciendo los iones. Todos los ácidos y la mayoría de las sales atmosféricas, como sales en general, pertenecen al grupo de los seudoelectrolitos. En la solución acuosa de un seudoelectrolito existen iones negativos, positivos y moléculas no disociadas, por lo que entre ellos existe un equilibrio, cuyo ejemplo es la disociación de acido clorhídrico en agua:HCl + H2O H3O+ + Cr
EL PAPEL DEL AGUA EN ESTE PROCESO
La presencia de solutos disueltos provocan cambios en la estructura y en las propiedades del agua liquida. Por ejemplo, cuando una sal tal como NaCI se disuelve en el agua , los iones Na+ y CI- , se hallan rodeados de una capa de dipolo de l agua. Estos iones hidratados poseen una geometría algo diferente de las agrupaciones de moléculas de agua unidas mediante enlaces de hidrogeno; su ordenación superior y de estructuras es mas regular. la tabla 2-3 muestra las distancias iterionicas medias en disoluciones acuosas de NaCI de función de la concentración de la sal. Observemos cuando la concentración de NaCI es d 0.15 M, que es la concentración aproximada del NaCI es el plasma sanguíneo(y la de sales de K+ en el citoplasma celular) Los iones Na+ y CI- hidratado poseen un diámetro de 0.5 a 0.7 nm y un agrupamiento tetraédrico de cinco moléculas de agua tiene un diámetro de apoximadamente 0.5 nm,esta claro que debe haber un cambio considerable en la estructura tridimensional y en la propiedades del agua liquida cuando se disuelve NaCI en ella a la concentración aproximada con que se encuentre en los fluidos biológicos. Las sales disueltas tienden, por tanto a “romper” la estructura normal del agua.
miércoles, 4 de marzo de 2009
Electrolisis
La Electrólisis es un proceso para separar un compuesto en los elementos que lo conforman, usando para ello la electricidad. La palabra Electrólisis viene de las raíces electro, electricidad y lisis, separación.El proceso consiste en lo siguiente:Se funde o se disuelve el electrólito en un determinado disolvente, con el fin de que dicha sustancia se separe en iones (ionización).Se aplica una corriente eléctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y sumergidos en la disolución. El electrodo conectado al polo negativo se conoce como cátodo, y el conectado al positivo como ánodo.Cada electrodo mantiene atraídos a los iones de carga opuesta. Así, los iones negativos, o aniones, son atraídos al ánodo, mientras que los iones positivos, o cationes, se desplazan hacia el cátodo.* La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos es aportada por la fuente de alimentación eléctrica. Descubierta por el médico francés Nazho PrZEn los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones, produciéndose nuevas sustancias. Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (-).En definitiva lo que ha ocurrido es una reacción de oxidación-reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica ha sido la encargada de aportar la energía necesaria.Si el agua no es destilada, la electrólisis no sólo separa el Oxígeno y el hidrógeno, sino los demás componentes que estén presentes como sales, metales y algunos otros minerales.Es importante tomar en cuenta varios puntos:- Nunca debe juntar los electrodos, ya que la corriente eléctrica no va a hacer su proceso y la batería se va a sobre calentar y se quemará.- Debe utilizar siempre corriente continua (energía de baterías o de adaptadores de corriente), nunca corriente alterna (energía de enchufe)- La electrólisis del cation debe hacerse de tal manera que los dos gases desprendidos no entren en contacto, de lo contrario se juntarían de nuevo produciendo una mezcla peligrosamente explosiva. una manera de producir agua otra vez es mediante la exposición a un catalizador. el mas comúnmente conocido es el calor. otro es la presencia de platino en forma de lana fina o polvo. el segundo caso debe hacerse con mucho cuidado, incorporando cantidades pequeñas de hidrógeno en presencia de oxigeno y el catalizador. de esta manera el hidrógeno se quema suavemente, produciendo una llama. lo contrario nunca debe hacerse.
Composiciòn inorganica del suelo
En la composición inorognica del suelo se encuentran las arcillas las cuales estan constituidas principalmente por minerales criztalinos claros y diversas cantidades de material no cristalino. Los principales elementos quimicos constituyentes de las arcillas son átomos de magnesio, silicio, aluminio,fierro, higrogeno y oxigeno. Las arcilla contienen principalmente los siguientes componentes: SiO2, Al2O3, Fe2O3 y H2O, y cantidades variables de otros oxidos como: TiO2, CaO, MgO,MnO, K2O,Na2O y P2O2 mas los grupos hidroxilos.
Funcion de la parte organica del suelo
La materia orgánica contribuye al crecimiento vegetal mediante sus efectos en las propiedades físicas, quimícas y biológicas del suelo. Tiene:*función nutricional la que sirve como fuente de N, P para el desarrollo vegetal.*función biológica la que afecta profundamente las actividades de organismos de microflora y microfauna.*función fisica y fisico-quimíca la que promueve una buena estructura del suelo, por lo tanto mejorando la labranza, aereación y retención de humedad e incrementando la capacidad amortiguadora y de intercambio de los suelos.El humus también juega un rol en los suelos a través de sus efectos en la absorción de micronutrientes por las plantas y la performance de herbicidas y otros químicos de uso en agricultura. Debe enfatizarse que la importancia de cada factor dado variará de un suelo a otro y dependerá de condiciones ambientales tales como el clima y la historia agrícola. **Disponibilidad de nutrientes para el desarrollo vegetalLa orgánica tiene efectos tanto directos como indirectos en la disponibilidad de nutrientes para el crecimiento de las plantas. Además de servir como fuente de N, P, S a traves de la mineralización por medio de microorganismos del suelo, la materia orgánica influye en la provisión de nutrientes desde otras fuentes (por ejemplo, la orgánica es requerida como fuente de energía para bacterias fijadoras de N).Un factor que necesita ser tomado en consideración al evaluar a el humus como fuente de nutrientes es la historia agrícola. Cuando los suelos comienzan a ser cultivados, el contenido de humus generalmente declina durante un período de 10 a 30 años hasta que se alcanza un nuevo equilibrio. En equilibrio, cualquier nutriente liberado por actividad microbiana debe ser compensado por la incorporación de igual cantidad en el nuevo humus formado.**Efecto en la condición física del suelo, erosión del suelo, y capacidad de amortiguación e intercambioEl humus tiene un profundo efecto en la estructura de muchos suelos. El deterioro de la estructura que acompaña la labranza intensiva es, usualmente, menos severa en suelos adecuadamente provistos de humus. La adición frecuente de residuos orgánicos de facil descomposición lleva a la síntesis de compuestos orgánicos complejos que ligan particulas de suelo en unidades estructurales llamadas agregados. Estos agregados ayudan a mantener una condición suelta, abierta y granular. El agua puede penetrar y filtrar hacia abajo a través del suelo. Las raices de las plantas necesitan una provisión continua de O2 para poder respirar y crecer. Poros grandes permiten un mejor intercambio de gases entre el suelo y la atmosfera. El humus usualmente incrementa la habilidad del suelo a resistir la erosión. Primero, permite al suelo retener mas agua, aún mas importante es el efecto de promover la granulación y por lo tanto mantener grandes poros a través de los cuales el agua penetra y filtra hacia abajo. Entre 20 y 70% de la capacidad de intercambio en muchos suelos es causada por sustancias húmicas coloidales. Las acideces totales de las fracciones aisladas de humus están en el rango de 300 a 1400 meq/100g. En lo que a la acción amortiguadora se refiere, el humus exhibe capacidad amortiguadora en un amplio rango de pH.**Efecto en la condición biológica del suelo.La materia orgánica sirve como fuente de energía tanto para organismos de macro y microfauna.Un número de bacterias, actinomycetes y hongos en el suelo están relacionados de manera general al contenido de humus. Lombrices y otros organismos de la fauna están fuertemente influenciados por la cantidad de residuos vegetales retornados al orgánica.Las sustancias orgánicas en el suelo pueden tener un efecto fisiológico directo en el crecimiento de las plantas. Algunos compuestos, tales como ciertos ácidos fenólicos, tienen propiedades fitotóxicas; otras, tales como las auxinas, mejoran el crecimiento de las plantas.Es ampliamente sabido que muchos factores que influencian la incidencia de organismos patógenos en el suelo están directa o indirectamente infuidos por la materia orgánica. Por ejemplo, una abundante provisión de materia orgánica puede favorecer el crecimiento de organismos saprofíticos similares a los parásitos y por lo tanto reducir la población de los últimos. Compuestos biológicamente activos en el suelo, tales como antibióticos y ciertos ácidos fenólicos, pueden mejorar la habilidad de ciertas plantas para resistir el ataque de patógenos.
jueves, 26 de febrero de 2009
Sales
SALES
Las sales son compuestos resultantes de la combinación de un metal con otro elemento no metálico o con un radical ácido, y que se consideran como producidas por sustitución del hidrógeno de los ácidos por átomos metálicos. Las sales resultan de la sustitución de uno o más átomos de hidrógeno de un ácido por átomos metálicos o radicales electropositivos. La sal común, de la que se deriva este nombre genérico, es el cloruro sódico, (CINa), en cuya fórmula el sodio ocupa el lugar del hidrógeno del ácido clorhídrico . Otros ejemplos de sales son el sulfato cúprico, (S04Cu), en el que el cobre ha sustituido al hidrógeno del ácido sulfúrico, (S04H2), o el nitrato potásico, (N03K), en el cual el hidrógeno del ácido nítrico ha sido reemplazado por el potasio. Algunas sales contienen radicales en lugar de átomos metálicos, como el cloruro amónico, (CINH4). Las sales son compuestos de enlace iónico, es decir. enlace por transferencia de electrones, a diferencia del enlace covalente, que se hace por compartimiento de electrones en ellas, el metal cede electrones al radical ácido. Por esto, cuando se encuentran fundidas o en solución, conducen la corriente eléctrica, como conductores de segunda clase, o sea, descomponiéndose en sus iones. A los conductores de segunda clase se les llama también electrólitos, y, como hemos dicho, se descomponen al paso de la corriente eléctrica (electrolisis). Se llaman iones a los grupos o radicales que transporta la corriente al atravesar los líquidos con electrólitos en solución. Los iones se dividen en aniones y cationes; se llaman aniones los iones que, por ser de carácter negativo, se dirigen al polo positivo o ánodo; se llaman cationes los iones que, por ser de carácter positivo, van al polo negativo o cátodo. En los ácidos el hidrógeno metálico es el catión, y el residuo ácido es el anión. En las bases el radical oxhidrilo OH-, es el anión, y el metal es el catión. En las sales el metal es el catión, y el residuo ácido es el anión. Las propiedades de las sales varían ampliamente y son, en general, las de los iones que contienen. Así, el cloruro sódico se comporta en muchas ocasiones y circunstancias como las demás sales sódicas pero, por otro lado, también presenta grandes analogías con otros cloruros.Las sales se denominan de acuerdo con el metal y el radical que las forman; la terminación -uro se emplea para las sales binarias, es decir, los compuestos formados por dos elementos, por ej., el cloruro sódico, (CINa). Los nombres de las de más sales terminan en -ato y en -ito si se derivan de un ácido cuyo nombre acabe en -ico o en -oso, respectivamente. Así, el (S04Na2) se denomina sulfato sódico porque deriva del ácido sulfúrico, y el (S03Na2) sulfito sódico porque proviene del ácido sulfuroso. Muchas sales tienen aplicaciones muy importantes, que se describen al tratar del metal que contienen. Los métodos empleados para preparar las sales dependen de la disponibilidad de las materias primas necesarias en cada caso y de la mayor o menor facilidad con que la sal puede separarse de los productos secundarios formados al mismo tiempo que ella.
Las sales son compuestos resultantes de la combinación de un metal con otro elemento no metálico o con un radical ácido, y que se consideran como producidas por sustitución del hidrógeno de los ácidos por átomos metálicos. Las sales resultan de la sustitución de uno o más átomos de hidrógeno de un ácido por átomos metálicos o radicales electropositivos. La sal común, de la que se deriva este nombre genérico, es el cloruro sódico, (CINa), en cuya fórmula el sodio ocupa el lugar del hidrógeno del ácido clorhídrico . Otros ejemplos de sales son el sulfato cúprico, (S04Cu), en el que el cobre ha sustituido al hidrógeno del ácido sulfúrico, (S04H2), o el nitrato potásico, (N03K), en el cual el hidrógeno del ácido nítrico ha sido reemplazado por el potasio. Algunas sales contienen radicales en lugar de átomos metálicos, como el cloruro amónico, (CINH4). Las sales son compuestos de enlace iónico, es decir. enlace por transferencia de electrones, a diferencia del enlace covalente, que se hace por compartimiento de electrones en ellas, el metal cede electrones al radical ácido. Por esto, cuando se encuentran fundidas o en solución, conducen la corriente eléctrica, como conductores de segunda clase, o sea, descomponiéndose en sus iones. A los conductores de segunda clase se les llama también electrólitos, y, como hemos dicho, se descomponen al paso de la corriente eléctrica (electrolisis). Se llaman iones a los grupos o radicales que transporta la corriente al atravesar los líquidos con electrólitos en solución. Los iones se dividen en aniones y cationes; se llaman aniones los iones que, por ser de carácter negativo, se dirigen al polo positivo o ánodo; se llaman cationes los iones que, por ser de carácter positivo, van al polo negativo o cátodo. En los ácidos el hidrógeno metálico es el catión, y el residuo ácido es el anión. En las bases el radical oxhidrilo OH-, es el anión, y el metal es el catión. En las sales el metal es el catión, y el residuo ácido es el anión. Las propiedades de las sales varían ampliamente y son, en general, las de los iones que contienen. Así, el cloruro sódico se comporta en muchas ocasiones y circunstancias como las demás sales sódicas pero, por otro lado, también presenta grandes analogías con otros cloruros.Las sales se denominan de acuerdo con el metal y el radical que las forman; la terminación -uro se emplea para las sales binarias, es decir, los compuestos formados por dos elementos, por ej., el cloruro sódico, (CINa). Los nombres de las de más sales terminan en -ato y en -ito si se derivan de un ácido cuyo nombre acabe en -ico o en -oso, respectivamente. Así, el (S04Na2) se denomina sulfato sódico porque deriva del ácido sulfúrico, y el (S03Na2) sulfito sódico porque proviene del ácido sulfuroso. Muchas sales tienen aplicaciones muy importantes, que se describen al tratar del metal que contienen. Los métodos empleados para preparar las sales dependen de la disponibilidad de las materias primas necesarias en cada caso y de la mayor o menor facilidad con que la sal puede separarse de los productos secundarios formados al mismo tiempo que ella.
Ø Composición de la fase sólida del suelo. Principales componentes de las sustancias orgánicas
La fase sólida está formada principalmente por materiales inorgánicos y materia orgánica en diferente etapa de descomposición.
La materia orgánica es la fracción orgánica del suelo que incluye residuos vegetales y animales en diferentes estados de descomposición, tejidos y células de organismos que viven en el suelo y sustancias producidas por los habitantes del suelo. Esta fracción se determina en general en suelos que pasan por un tamiz con malla de 2.0 mm.
El humus es la fracción más o menos estable de la materia orgánica del suelo, la que se obtiene después que se ha descompuesto la mayor parte de las sustancias vegetales o animales agregadas al suelo. Generalmente es de color negro. El humus está compuesto por los restos posmortem de vegetales y animales que, depositados en el suelo, son sometidos constantemente a procesos de descomposición, transformación y síntesis.
El edafón lo forman los organismos vivientes del suelo, es decir, la flora y fauna del suelo.
La composición bioquímica de los restos vegetales y animales varía dentro de un amplio rango, los tejidos verdes son más ricos en carbohidratos y proteínas, los tejidos leñosos contienen compuestos fenólicos (ligninas) y celulosas. Las bacterias tienen alto contenido de proteínas, los líquenes contienen muchos carbohidratos. Entre los componentes orgánicos de los restos vegetales y animales están los carbohidratos, proteínas, polipéptidos, ácidos nucleicos, grasas, ceras. Resinas, ligninas, etc.
El proceso de humificación consiste en la degradación o descomposición de la materia orgánica como proteínas, carbohidratos, etc. que por procesos de síntesis y polimerización producen nuevos agregados químicos que se llaman ácidos húmicos. Tienen estructura aromática compleja y variable, son compuestos de masa molecular entre 10 000 y 50 000 g/mol.
Los ácidos húmicos se clasifican en tres grupos: ácidos fúlvicos, ácidos húmicos y huminas de acuerdo a su solubilidad en diferentes solventes como agua, bromuro de acetilo, alcohol etílico y el hidróxido de sodio en solución.
Los ácidos fúlvicos representan la fracción de humus extraible por álcali, que no precipita por ácidos y que tiene color amarillento rojo. Generalmente son compuestos fenólicos de peso molecular bajo.
Los ácidos húmicos se extraen con hidróxido de sodio y que puede precipitar por ácidos como el ácido clorhídrico. Generalmente son polímeros de alto peso molecular que forman coloides esferoidales, su capacidad de intercambio catiónico se debe a la presencia de la función ácido orgánico (-COOH) y de la función hidroxilo. La fracción de los ácidos húmicos soluble en etanol se denomina ácido himatomelánico, que es de color marrón rojizo.
Los ácidos húmicos pardos son más difíciles de flocular y son más pobres en nitrógeno que los ácidos húmicos grises.
Las huminas representan la fracción que sólo es soluble en solución de hidróxido de sodio caliente.
Los restos vegetales y animales son polímeros de compuestos orgánicos que durante el proceso de transformación son degradados hasta sus constituyentes básicos y como se forma nitrógeno, fósforo y azufre lellaman proceso de mineralización. Por el proceso de humificación y mediante síntesis microbiológica se producen nuevos compuestos químicos de masa molecular grande y de color oscuro, que constituyen la fracción edáfica del suelo.
Funciones de la materia orgánica en el suelo
La importancia de agregar materia orgánica para mejorar la fertilidad del suelo la conocen los agricultores desde hace miles de años. Generalmente, la materia orgánica del suelo regula los procesos químicos, biológicos y físicos que en él ocurren.
En los procesos químicos la materia orgánica interviene en: - El suministro de elementos químicos (mediante la mineralización) como el nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, calcio y magnesio y micronutrientes disponibles para las plantas. - La estabilización de la acidez del suelo. - La capacidad de cambio catiónico de los suelos. La capacidad de intercambio de la materia orgánica es alta, varía entre 100 y 400 cmol(+)/kg. (centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo). - La capacidad de intercambio aniónico, donde se acumulan nitratos, fosfatos y sulfatos. - La regularización de los niveles de disponibilidad de nutrimentos principales y de elementos químicos menores. - Los fenómenos de adsorción que inactivan a los plaguicidas.
La materia orgánica también afecta propiedades físicas del suelo como: - En la estructura del suelo, favorece la formación de agregados, disminuye la plasticidad y la agregación global del suelo. - En el uso del agua mejora la infiltración, reduce la evaporación, mejora el drenaje y la estructura lo que favorece la aireación, favorece el calentamiento y a través de los coloides orgánicos ayuda a retener el agua. - En el color del suelo favorece o dificulta la absorción de la energía solar.
Determinación del contenido total de materia orgánica
La determinación de la materia orgánica se basa en la cuantificación del carbono por combustión seca, en la que se determina la cantidad de dióxido de carbono desprendido o por combustión húmeda que se basa en la reducción del dicromato de sodio o de potasio y luego se determina por titulación la cantidad de dicromato no reducida. En suelos derivados de calizas o que tienen alto contenido de carbonatos es necesaria su destrucción mediante un ácido inorgánico como el ácido clorhídrico.
El contenido porcentual total de materia orgánica en los primeros centímetros del suelo es alto y decrece a medida que aumenta su profundidad, lo que indica una disminución regular de carbono orgánico. Generalmente la materia orgánica del suelo contiene en promedio el 58 % de carbono.
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 macronutrientes 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.
La materia orgánica es la fracción orgánica del suelo que incluye residuos vegetales y animales en diferentes estados de descomposición, tejidos y células de organismos que viven en el suelo y sustancias producidas por los habitantes del suelo. Esta fracción se determina en general en suelos que pasan por un tamiz con malla de 2.0 mm.
El humus es la fracción más o menos estable de la materia orgánica del suelo, la que se obtiene después que se ha descompuesto la mayor parte de las sustancias vegetales o animales agregadas al suelo. Generalmente es de color negro. El humus está compuesto por los restos posmortem de vegetales y animales que, depositados en el suelo, son sometidos constantemente a procesos de descomposición, transformación y síntesis.
El edafón lo forman los organismos vivientes del suelo, es decir, la flora y fauna del suelo.
La composición bioquímica de los restos vegetales y animales varía dentro de un amplio rango, los tejidos verdes son más ricos en carbohidratos y proteínas, los tejidos leñosos contienen compuestos fenólicos (ligninas) y celulosas. Las bacterias tienen alto contenido de proteínas, los líquenes contienen muchos carbohidratos. Entre los componentes orgánicos de los restos vegetales y animales están los carbohidratos, proteínas, polipéptidos, ácidos nucleicos, grasas, ceras. Resinas, ligninas, etc.
El proceso de humificación consiste en la degradación o descomposición de la materia orgánica como proteínas, carbohidratos, etc. que por procesos de síntesis y polimerización producen nuevos agregados químicos que se llaman ácidos húmicos. Tienen estructura aromática compleja y variable, son compuestos de masa molecular entre 10 000 y 50 000 g/mol.
Los ácidos húmicos se clasifican en tres grupos: ácidos fúlvicos, ácidos húmicos y huminas de acuerdo a su solubilidad en diferentes solventes como agua, bromuro de acetilo, alcohol etílico y el hidróxido de sodio en solución.
Los ácidos fúlvicos representan la fracción de humus extraible por álcali, que no precipita por ácidos y que tiene color amarillento rojo. Generalmente son compuestos fenólicos de peso molecular bajo.
Los ácidos húmicos se extraen con hidróxido de sodio y que puede precipitar por ácidos como el ácido clorhídrico. Generalmente son polímeros de alto peso molecular que forman coloides esferoidales, su capacidad de intercambio catiónico se debe a la presencia de la función ácido orgánico (-COOH) y de la función hidroxilo. La fracción de los ácidos húmicos soluble en etanol se denomina ácido himatomelánico, que es de color marrón rojizo.
Los ácidos húmicos pardos son más difíciles de flocular y son más pobres en nitrógeno que los ácidos húmicos grises.
Las huminas representan la fracción que sólo es soluble en solución de hidróxido de sodio caliente.
Los restos vegetales y animales son polímeros de compuestos orgánicos que durante el proceso de transformación son degradados hasta sus constituyentes básicos y como se forma nitrógeno, fósforo y azufre lellaman proceso de mineralización. Por el proceso de humificación y mediante síntesis microbiológica se producen nuevos compuestos químicos de masa molecular grande y de color oscuro, que constituyen la fracción edáfica del suelo.
Funciones de la materia orgánica en el suelo
La importancia de agregar materia orgánica para mejorar la fertilidad del suelo la conocen los agricultores desde hace miles de años. Generalmente, la materia orgánica del suelo regula los procesos químicos, biológicos y físicos que en él ocurren.
En los procesos químicos la materia orgánica interviene en: - El suministro de elementos químicos (mediante la mineralización) como el nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, calcio y magnesio y micronutrientes disponibles para las plantas. - La estabilización de la acidez del suelo. - La capacidad de cambio catiónico de los suelos. La capacidad de intercambio de la materia orgánica es alta, varía entre 100 y 400 cmol(+)/kg. (centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo). - La capacidad de intercambio aniónico, donde se acumulan nitratos, fosfatos y sulfatos. - La regularización de los niveles de disponibilidad de nutrimentos principales y de elementos químicos menores. - Los fenómenos de adsorción que inactivan a los plaguicidas.
La materia orgánica también afecta propiedades físicas del suelo como: - En la estructura del suelo, favorece la formación de agregados, disminuye la plasticidad y la agregación global del suelo. - En el uso del agua mejora la infiltración, reduce la evaporación, mejora el drenaje y la estructura lo que favorece la aireación, favorece el calentamiento y a través de los coloides orgánicos ayuda a retener el agua. - En el color del suelo favorece o dificulta la absorción de la energía solar.
Determinación del contenido total de materia orgánica
La determinación de la materia orgánica se basa en la cuantificación del carbono por combustión seca, en la que se determina la cantidad de dióxido de carbono desprendido o por combustión húmeda que se basa en la reducción del dicromato de sodio o de potasio y luego se determina por titulación la cantidad de dicromato no reducida. En suelos derivados de calizas o que tienen alto contenido de carbonatos es necesaria su destrucción mediante un ácido inorgánico como el ácido clorhídrico.
El contenido porcentual total de materia orgánica en los primeros centímetros del suelo es alto y decrece a medida que aumenta su profundidad, lo que indica una disminución regular de carbono orgánico. Generalmente la materia orgánica del suelo contiene en promedio el 58 % de carbono.
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 macronutrientes 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.
domingo, 22 de febrero de 2009
la fase solida del suelo
Fase sólida del suelo
La fase sólida está formada principalmente por materiales inorgánicos y materia orgánica en diferente etapa de descomposición.
La materia orgánica es la fracción orgánica del suelo que incluye residuos vegetales y animales en diferentes estados de descomposición, tejidos y células de organismos que viven en el suelo y sustancias producidas por los habitantes del suelo. Esta fracción se determina en general en suelos que pasan por un tamiz con malla de 2.0 mm.
El humus es la fracción más o menos estable de la materia orgánica del suelo, la que se obtiene después que se ha descompuesto la mayor parte de las sustancias vegetales o animales agregadas al suelo. Generalmente es de color negro. El humus está compuesto por los restos posmortem de vegetales y animales que, depositados en el suelo, son sometidos constantemente a procesos de descomposición, transformación y síntesis.
El edafón lo forman los organismos vivientes del suelo, es decir, la flora y fauna del suelo.
La composición bioquímica de los restos vegetales y animales varía dentro de un amplio rango, los tejidos verdes son más ricos en carbohidratos y proteínas, los tejidos leñosos contienen compuestos fenólicos (ligninas) y celulosas. Las bacterias tienen alto contenido de proteínas, los líquenes contienen muchos carbohidratos. Entre los componentes orgánicos de los restos vegetales y animales están los carbohidratos, proteínas, polipéptidos, ácidos nucleicos, grasas, ceras. Resinas, ligninas, etc.
El proceso de humificación consiste en la degradación o descomposición de la materia orgánica como proteínas, carbohidratos, etc. que por procesos de síntesis y polimerización producen nuevos agregados químicos que se llaman ácidos húmicos. Tienen estructura aromática compleja y variable, son compuestos de masa molecular entre 10 000 y 50 000 g/mol.
Los ácidos húmicos se clasifican en tres grupos: ácidos fúlvicos, ácidos húmicos y huminas de acuerdo a su solubilidad en diferentes solventes como agua, bromuro de acetilo, alcohol etílico y el hidróxido de sodio en solución.
Los ácidos fúlvicos representan la fracción de humus extraible por álcali, que no precipita por ácidos y que tiene color amarillento rojo. Generalmente son compuestos fenólicos de peso molecular bajo.
Los ácidos húmicos se extraen con hidróxido de sodio y que puede precipitar por ácidos como el ácido clorhídrico. Generalmente son polímeros de alto peso molecular que forman coloides esferoidales, su capacidad de intercambio catiónico se debe a la presencia de la función ácido orgánico (-COOH) y de la función hidroxilo. La fracción de los ácidos húmicos soluble en etanol se denomina ácido himatomelánico, que es de color marrón rojizo.
Los ácidos húmicos pardos son más difíciles de flocular y son más pobres en nitrógeno que los ácidos húmicos grises.
Las huminas representan la fracción que sólo es soluble en solución de hidróxido de sodio caliente.
Los restos vegetales y animales son polímeros de compuestos orgánicos que durante el proceso de transformación son degradados hasta sus constituyentes básicos y como se forma nitrógeno, fósforo y azufre lellaman proceso de mineralización. Por el proceso de humificación y mediante síntesis microbiológica se producen nuevos compuestos químicos de masa molecular grande y de color oscuro, que constituyen la fracción edáfica del suelo.
Funciones de la materia orgánica en el suelo
La importancia de agregar materia orgánica para mejorar la fertilidad del suelo la conocen los agricultores desde hace miles de años. Generalmente, la materia orgánica del suelo regula los procesos químicos, biológicos y físicos que en él ocurren.
En los procesos químicos la materia orgánica interviene en: - El suministro de elementos químicos (mediante la mineralización) como el nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, calcio y magnesio y micronutrientes disponibles para las plantas. - La estabilización de la acidez del suelo. - La capacidad de cambio catiónico de los suelos. La capacidad de intercambio de la materia orgánica es alta, varía entre 100 y 400 cmol(+)/kg. (centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo). - La capacidad de intercambio aniónico, donde se acumulan nitratos, fosfatos y sulfatos. - La regularización de los niveles de disponibilidad de nutrimentos principales y de elementos químicos menores. - Los fenómenos de adsorción que inactivan a los plaguicidas.
La materia orgánica también afecta propiedades físicas del suelo como: - En la estructura del suelo, favorece la formación de agregados, disminuye la plasticidad y la agregación global del suelo. - En el uso del agua mejora la infiltración, reduce la evaporación, mejora el drenaje y la estructura lo que favorece la aireación, favorece el calentamiento y a través de los coloides orgánicos ayuda a retener el agua. - En el color del suelo favorece o dificulta la absorción de la energía solar.
Determinación del contenido total de materia orgánica
La determinación de la materia orgánica se basa en la cuantificación del carbono por combustión seca, en la que se determina la cantidad de dióxido de carbono desprendido o por combustión húmeda que se basa en la reducción del dicromato de sodio o de potasio y luego se determina por titulación la cantidad de dicromato no reducida. En suelos derivados de calizas o que tienen alto contenido de carbonatos es necesaria su destrucción mediante un ácido inorgánico como el ácido clorhídrico.
El contenido porcentual total de materia orgánica en los primeros centímetros del suelo es alto y decrece a medida que aumenta su profundidad, lo que indica una disminución regular de carbono orgánico. Generalmente la materia orgánica del suelo contiene en promedio el 58 % de carbono.
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 macronutrientes 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.
La fase sólida está formada principalmente por materiales inorgánicos y materia orgánica en diferente etapa de descomposición.
La materia orgánica es la fracción orgánica del suelo que incluye residuos vegetales y animales en diferentes estados de descomposición, tejidos y células de organismos que viven en el suelo y sustancias producidas por los habitantes del suelo. Esta fracción se determina en general en suelos que pasan por un tamiz con malla de 2.0 mm.
El humus es la fracción más o menos estable de la materia orgánica del suelo, la que se obtiene después que se ha descompuesto la mayor parte de las sustancias vegetales o animales agregadas al suelo. Generalmente es de color negro. El humus está compuesto por los restos posmortem de vegetales y animales que, depositados en el suelo, son sometidos constantemente a procesos de descomposición, transformación y síntesis.
El edafón lo forman los organismos vivientes del suelo, es decir, la flora y fauna del suelo.
La composición bioquímica de los restos vegetales y animales varía dentro de un amplio rango, los tejidos verdes son más ricos en carbohidratos y proteínas, los tejidos leñosos contienen compuestos fenólicos (ligninas) y celulosas. Las bacterias tienen alto contenido de proteínas, los líquenes contienen muchos carbohidratos. Entre los componentes orgánicos de los restos vegetales y animales están los carbohidratos, proteínas, polipéptidos, ácidos nucleicos, grasas, ceras. Resinas, ligninas, etc.
El proceso de humificación consiste en la degradación o descomposición de la materia orgánica como proteínas, carbohidratos, etc. que por procesos de síntesis y polimerización producen nuevos agregados químicos que se llaman ácidos húmicos. Tienen estructura aromática compleja y variable, son compuestos de masa molecular entre 10 000 y 50 000 g/mol.
Los ácidos húmicos se clasifican en tres grupos: ácidos fúlvicos, ácidos húmicos y huminas de acuerdo a su solubilidad en diferentes solventes como agua, bromuro de acetilo, alcohol etílico y el hidróxido de sodio en solución.
Los ácidos fúlvicos representan la fracción de humus extraible por álcali, que no precipita por ácidos y que tiene color amarillento rojo. Generalmente son compuestos fenólicos de peso molecular bajo.
Los ácidos húmicos se extraen con hidróxido de sodio y que puede precipitar por ácidos como el ácido clorhídrico. Generalmente son polímeros de alto peso molecular que forman coloides esferoidales, su capacidad de intercambio catiónico se debe a la presencia de la función ácido orgánico (-COOH) y de la función hidroxilo. La fracción de los ácidos húmicos soluble en etanol se denomina ácido himatomelánico, que es de color marrón rojizo.
Los ácidos húmicos pardos son más difíciles de flocular y son más pobres en nitrógeno que los ácidos húmicos grises.
Las huminas representan la fracción que sólo es soluble en solución de hidróxido de sodio caliente.
Los restos vegetales y animales son polímeros de compuestos orgánicos que durante el proceso de transformación son degradados hasta sus constituyentes básicos y como se forma nitrógeno, fósforo y azufre lellaman proceso de mineralización. Por el proceso de humificación y mediante síntesis microbiológica se producen nuevos compuestos químicos de masa molecular grande y de color oscuro, que constituyen la fracción edáfica del suelo.
Funciones de la materia orgánica en el suelo
La importancia de agregar materia orgánica para mejorar la fertilidad del suelo la conocen los agricultores desde hace miles de años. Generalmente, la materia orgánica del suelo regula los procesos químicos, biológicos y físicos que en él ocurren.
En los procesos químicos la materia orgánica interviene en: - El suministro de elementos químicos (mediante la mineralización) como el nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, calcio y magnesio y micronutrientes disponibles para las plantas. - La estabilización de la acidez del suelo. - La capacidad de cambio catiónico de los suelos. La capacidad de intercambio de la materia orgánica es alta, varía entre 100 y 400 cmol(+)/kg. (centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo). - La capacidad de intercambio aniónico, donde se acumulan nitratos, fosfatos y sulfatos. - La regularización de los niveles de disponibilidad de nutrimentos principales y de elementos químicos menores. - Los fenómenos de adsorción que inactivan a los plaguicidas.
La materia orgánica también afecta propiedades físicas del suelo como: - En la estructura del suelo, favorece la formación de agregados, disminuye la plasticidad y la agregación global del suelo. - En el uso del agua mejora la infiltración, reduce la evaporación, mejora el drenaje y la estructura lo que favorece la aireación, favorece el calentamiento y a través de los coloides orgánicos ayuda a retener el agua. - En el color del suelo favorece o dificulta la absorción de la energía solar.
Determinación del contenido total de materia orgánica
La determinación de la materia orgánica se basa en la cuantificación del carbono por combustión seca, en la que se determina la cantidad de dióxido de carbono desprendido o por combustión húmeda que se basa en la reducción del dicromato de sodio o de potasio y luego se determina por titulación la cantidad de dicromato no reducida. En suelos derivados de calizas o que tienen alto contenido de carbonatos es necesaria su destrucción mediante un ácido inorgánico como el ácido clorhídrico.
El contenido porcentual total de materia orgánica en los primeros centímetros del suelo es alto y decrece a medida que aumenta su profundidad, lo que indica una disminución regular de carbono orgánico. Generalmente la materia orgánica del suelo contiene en promedio el 58 % de carbono.
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 macronutrientes 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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