EDAFOLOGIA Minerais de argila do solo. GENERALIDADES Partículas coloidais- argila e húmus ...

EDAFOLOGIA

Minerais de argila do solo

GENERALIDADES

Partículas coloidais- argila e húmus

Capacidade de retenção de cátions

comportamento em relação ao manejo (aração e gradagem)

infiltração e retenção de água

porosidade, etc

Fração argilosa = argilas silicatadas e oxídicas

Termo ARGILA: partículas < 0,002mm

classe textural

fração do solo que contém:

Silicatos hidratados de alumínio minerais de argila

argilo-minerais

Óxidos e hidróxidos de ferro, alumínio e titânio.

MINERAIS DE ARGILA

Arranjamento regular e sistemático de átomos

Formato predominante de mica (camadas/lâminas)

Estrutura – duas unidades estruturais básicas

TETRAEDROS (de silício)

OCTAEDROS (de alumínio ou magnésio)

MINERAIS DE ARGILA

PRIMEIRA UNIDADE ESTRUTURAL BÁSICA:

TETRAEDROS DE SILÍCIO – (SiO4)4-

Si

O-

O- O-

O-

Oxigênio

Silício

a) b)

Si

O-

O- O-

O-

Si

O-

O- O-

O-

Oxigênio

Silício

Oxigênio

Silício

a) b)

Fórmula plana (a) e fórmula espacial (b)

Oxigênio

Silício

M Metal

Oxigênio

Silício

M Metal

M

NESOSSILICATOS

M

Oxigênio

Silício

M Metal

M

Oxigênio

Silício

M Metal

Oxigênio

Silício

M Metal

SOROSSILICATOS

CICLOSSILICATOS

TIPOS DE ESTRUTURAPOLIMERIZAÇÃO

TECTOSSILICATOS

FILOSSILICATOS

M MMM MM

INOSSILICATOS

MINERAIS DE ARGILA

SEGUNDA UNIDADE ESTRUTURAL BÁSICA:

OCTAEDRO DE ALUMÍNIO/MAGNÉSIO – (Al(OH)6)3-

Os tetraedros e octaedros juntam-se dando os vários tipos de argila silicatada:

1 + 1

+ 12

=

=

ARGILA 1:1

ARGILA 2:1

OU

MINERAIS DE ARGILA

NÚMERO DE COORDENAÇÃO x VALÊNCIA

“Número de átomos ou radicais capazes de se agruparem em torno de um átomo central”.

“Número de aniônicos que podem se arranjar em torno de um determinado catiônico”.

Si, Be e Li 4

Al 4 ou 6

Mg, Na, Ti e Fe 6

Ca 8

K 6 ou 12

Si

O-

O- O-

O-

Oxigênio

Silício

a) b)

Si

O-

O- O-

O-

Si

O-

O- O-

O-

Oxigênio

Silício

Oxigênio

Silício

a) b)

CARACTERÍSTICAS

FORMA

Em placas – lâminas (microscopia eletrônica)

SUPERFÍCIE ESPECÍFICA OU ÁREA DE EXPOSIÇÃO

Grande superfície por massa de material (g m-2).

Ex. 500-1000g de caulinita ou cerca de 14g de montmorilonita (1 campo de futebol – 1 ha)

ADSORÇÃO IÔNICA (cátions e ânions)

Capacidade de troca catiônica

substituições isomórficas

faces quebradas e imperfeitas dos cristais

CARGAS NA NATUREZA: positiva e negativa

Maioria dos solos – ELETRONEGATIVOS (-) > (+)

FRAÇÃO ARGILA

Adsorção de cátions: Ca2+ , Mg2+ , K+, H+, etc. e afinidade pela água - grande superfície específica e a existência de cargas elétricas nesta superfície

CTC = conjunto de cargas negativas

SOMA DE BASES = Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+

meq/100g de terra fina (cmolc/kg)

Origem das cargas negativas das argilas:

FACES/ARESTAS QUEBRADAS

DISSOCIAÇÃO DAS HIDROXILAS

Cargas dependentes de pH - minerais 1:1 (caulinita)

Exposição de hidroxilas

Quando pH se eleva: dissociação de H

Fonte de cargas negativas

ROH + H+ R+ + H2O (aumento de carga positiva)

ROH + OH- RO- + H2O (aumento de carga negativa)

Hidroxilas dos compostos de FE e Al e octaedros

CARACTERÍSTICAS

SUBSTITUIÇÕES ISOMÓRFICAS

Em minerais 2:1 (montemorilonita, beidelita, ilita)

Troca de Al+3 por Mg+2 ou Si+4 por Al+3

Não há alteração substancial da forma do mineral

Cargas permanentes (sem efeito do pH do meio)

CTC montemorilonita cerca de 10x > que a da caulinita

Mineral ou Partícula

Estrutura Área específica (AE) (m2 g-1)

CTC (cmol/kg)

CAULINITA 1:1 10-20 3-15

HALOISITA 1:1 21-43 5-50

ILITA 2:1 70-120 10-40

CLORITA 2:1 79-150 10-40

VERMICULITA 2:1 300-500 100-150

ESMECTITA 2:1 700-800 60-150

ALOFANA amorfa 70-300 25-70

SILTE <0,1 muito pequena

AREIA FINA <0,1 muito pequena

AREIA GROSSA <0,1 muito pequena

Dados sobre componentes das frações argila, silte e areia dos solos (Resende et al., 1997)

Seta: atividade das argilas (CTC e AE)

Óxidos de Fe e Al: atividade < caulinita – solos velhos

CLASSIFICAÇÃO – GRIM (1968)

I – ARGILAS AMORFAS (Grupo das alofanitas)

II - ARGILAS CRISTALINAS

A – DE DUAS CAMADAS (grade 1:1)

1- Equidimensionais (Grupo da caulinita)

2- Alongadas (Grupo da Haloisita)

B- DE TRÊS CAMADAS (grade 2:1)

1- EXPANSIVAS

a) EQUIDIMENSIONAL (Grupo da Montemorilonita. Montemorilonita, sarconita. Vermiculita)

b) ALONGADAS (Grupo da Montemorilonita. Nontronita, saponita e hectorita)

2- NÃO EXPANSIVAS. Grupo da Ilita

C- DE CAMADAS MISTAS. Grupo da Ilita

D-DE ESTRUTURA EM CADEIA. Atapulgita, sepiolita, paligorsquita

OUTRA CLASSIFICAÇÃO (1963) – Conf. Internacional

GRADE 2:1

Grupo de PIROFILITA – talco

Grupo da ESMETITA ou MONTEMORILONITA – saponita

Grupo da VERMICULITA –

Grupo da MICA

Grupo das micas friáveis

GRADE 2:1:1

Grupo da clorita

GRADE 1:1

Grupo da caulinita - serpentina

PRINCIPAIS MINERAIS DE ARGILA

CAULINITA – grade 1:1

Mineral formado por 2 folhas: Si + Al

• Espaçamento basal de 7,2 Å - não expansiva (água não penetra)

• Cristais com diâmetro: entre 0,2 a 2 m

• eletricamente neutras- não apresenta substituição isomórfica- cargas geradas- rompimento das arestas do cristal ou dissociação do H+

• CTC: 3 a 15 e.mg/100g de material seco

• Abundância:solos com lixiviação de bases

baixa concentração de cátions

solos de clima quente e úmido

solos com pH ácido

• Produto de intemperização de feldspato de Na, de K e de micas hidratadas

PRINCIPAIS MINERAIS DE ARGILA

HALOISITA - grade 1:1

• Forma desidratada (meta-haloisita) e hidratada com 4 moléculas de água (endelita) entre as folhas

• CTC endelita: entre 40 e 50 e.mg/100g de material seco

• CTC meta-haloisita: entre 5 e 15

• Morfologia tubular (diferente da caulinita – placas)

• Processo irreversível quando desidratada (60-75oC)

PRINCIPAIS MINERAIS DE ARGILA

GRUPO DA ESMETITA – grade 2:1

• Forma: 2 lâminas de sílica e 1 de alumina entre elas

• Montmorilonita, beidelita, nontronita, saponita e hectorita

• Argila expansiva: montmorilonita e vermiculita

• Não expansiva: ilita

• Substituições isomórficas freqüentes

Al por Mg, Fe e Zn ou outros com no coordenação 6)

Si por Al – DIFERENTES ARGILAS

• CTC: montmorilonita de 80 a 150 e.mg/100g- substituições isomórficas e arestas quebradas

• Expansão reversível (solos com fendas)

• Tamanho: muito menores que caulinita

Ambiente de formação:

Clima: a precipitação pluviométrica geralmente menor que a evapotranspiração

Drenagem: solo mal drenado, com retenção de Ca, Mg, Na e K, e ainda ferro disponível

pH: um meio básico que proporcione suficiente Mg2+ e Fe2+ com adição de Al3+ e Si4+

Drenagem fundamental na origem das argilas, sobre uma mesma rocha básica, se pode formar caolinita ou montmorilonita.

PRINCIPAIS MINERAIS DE ARGILA

VERMICULITA

• Estrutura: camadas de talco ou mica e água

• Substituição do Si por Al, ou de Mg por Fe

• água interlamelar- ligada aos cátions e água livre

• CTC: 100 e 150 e.mg/100g de material seco

ILITA

• Íons de K entre lâminas

• Rigidez - Não expansiva

• CTC: 20 a 40 e.mg/100g de material seco

PRINCIPAIS MINERAIS DE ARGILA

CLORITA

• Estrutura: grade 2:2 ou 2:1:1

• Intercalação de micas (talco) com brucita

• Substituições isomórficas

ALOFANITA

• Material amorfo (tetraedros de Si e octaedros de Al), agregado hidratado e noduloso

• Associação com a haloisita

• Comum em solos vulcânicos

• Elevada CTC

PRINCIPAIS MINERAIS DE ARGILA

ÓXIDOS LIVRES DE FERRO E ALUMÍNIO

• Óxidos/hidróxidos de Fe, Al ou Ti

• Resistência à lavagem (latossolização)

Oxissois: atributos físicos e químicos

• Exemplos: hematita, goetita, limonita, magnetita, todos os óxidos de Fe, gibsita, boemita, óxidos de Al.

Óxidos de Ferro

IMPORTÂNCIA E RELAÇÕES COM O SOLO E PLANTAS

Determinação da CTC (fração mineral e orgânica):

• reserva de nutrientes

plantas e microrganismos

• retenção de nutrientes, não lixiviável

Área específica

CTC