Química dos Solos parte Imica-dos-solos-parte1_1S2015.pdf1) Imagens dos tipos de rochas que podem ser encontrados na litosfera 1.3) Ex de rochas metamórficas AA ListosferaListosferae

Aula 08

Química dos SolosQuímica dos Solos- parte I

Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Instituto de Ciências ExatasDepartamento de Química

Química Ambiental

- parte I

Solos e sedimentos-- Definição e composição químicaDefinição e composição química-- Uso como indicador de poluiçãoUso como indicador de poluição-- Propriedades físicoPropriedades físico--químicas e a fertilidade do soloquímicas e a fertilidade do solo

Prof. Rafael Arromba de SousaJuiz de Fora, 1S 2015

1

A A LitosferaLitosfera e o Soloe o Solo

OO solosolo éé umum dosdos componentescomponentes dadaLITOSFERALITOSFERA,, aa qualqual constituiconstitui umum dosdos trêstrêsambientesambientes físicosfísicos dodo planeta,planeta, tambémtambémchamadochamado dede crostacrosta terrestreterrestre ��

2

SoloSolo e RochasRochas (ígneas, sedimentares ou metamórficas)

DefiniçãoDefinição parapara oo SOLOSOLO::Resultado das interações da litosfera, hidrosfera e atmosfera

OrigemOrigem:Data de milhares de anos � intemperismo causado pelas chuvas

ácidas e variações de temperatura sobre as rochas superficiais (erupçõesvulcânicas)

1) Fotos dos tipos de rochas que podem ser encontrados na litosfera

1.1) Exemplos de rochas ígneas (magmáticas)

A A ListosferaListosfera e o Solo e o Solo -- As rochas

�� Formadas pela Formadas pela solidificação do magmasolidificação do magma

Imagem da rocha magmática Imagem da rocha magmática BASALTOBASALTO

Imagem da rocha magmática Imagem da rocha magmática GRANITOGRANITO

1) Fotos dos tipos de rochas que podem ser encontrados na litosfera

1.2) Rochas sedimentares


�� Formadas pela sedimentação de diferentes materiais ao longo dos anos

Imagem de rocha Imagem de rocha SEDIMENTAR SEDIMENTAR VISITAR “PARQUE DO VARVITO”...VISITAR “PARQUE DO VARVITO”...

1) Imagens dos tipos de rochas que podem ser encontrados na litosfera

1.3) Ex de rochas metamórficas


�� Formadas a partir de rochas magmáticas e sedimentares

Imagem de uma rocha de Imagem de uma rocha de XISTOXISTO, rocha , rocha metamórficametamórfica

Esta rocha, ao contrário das anteriores (que podem ter usos gerais, como naconstrução civil), algunsalguns tipostipos dede xistoxisto sãosão usadosusados parapara produzirproduzir energiaenergia

Composição Química do SoloComposição Química do Solo

Ponto de vista MACROSCÓPICOPonto de vista MACROSCÓPICO

Solo é composto por Solo é composto por 3 fases 3 fases cujas cujas proporções podem variarproporções podem variar::

-- SólidaSólida ((mineraisminerais e e matéria orgânicamatéria orgânica))

-- LíquidaLíquida (água) (água) �� constitui a chamada “solução do solo” (água + substâncias dissolvidas)constitui a chamada “solução do solo” (água + substâncias dissolvidas)

-- GasosaGasosa (gases como O(gases como O22 e Ne N22))

6

-- GasosaGasosa (gases como O(gases como O22 e Ne N22))

SOLO PARA PLANTIO SOLO PARA PLANTIO �� 50%50% (sólida) : (sólida) : 25%25% (líquida) : (líquida) : 25%25% (gases)(gases)

1)1) Porção mineral (fase sólida) Porção mineral (fase sólida) �� ARGILAARGILA

-- Mineral originado de silicatos (substituição de íons): categoria de Mineral originado de silicatos (substituição de íons): categoria de aluminosilicatosaluminosilicatos-- Partículas com diâmetros < 0,002 mmPartículas com diâmetros < 0,002 mm-- Constituem uma reserva de nutrientes minerais para as plantas Constituem uma reserva de nutrientes minerais para as plantas

Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase sólida

Para lembrar...Para lembrar...

SilicatosSilicatos são partículas formadas por estruturas poliméricas como são partículas formadas por estruturas poliméricas como SiOSiO4444--

��Podem estar organizados de diversas formasPodem estar organizados de diversas formas(ver página 553 em Baird C, Química Ambiental, 2ª Ed)

7

Difícil solubilização (“Difícil solubilização (“problemaproblema” para a ” para a análise químicaanálise química): (SiO): (SiO22))nn

�� Abertura TOTAL Abertura TOTAL de amostra: de amostra:

SiOSiO22 (s)(s) + O+ O22-- �� SiOSiO3322--

(fusão(fusão alcalina)alcalina)

∆

É a transformação química de uma amostra sólida em uma outra formaÉ a transformação química de uma amostra sólida em uma outra formasólida, a qual é facilmente sólida, a qual é facilmente solúvel emsolúvel em água água ouou ácidos diluídosácidos diluídos

Quando for necessário realizar uma “Quando for necessário realizar uma “determinação totaldeterminação total” ” dos dos constituintes inorgânicosconstituintes inorgânicos de uma amostra de solo:de uma amostra de solo:

�� Procedimentos de Procedimentos de aberturaabertura de amostra (via seca)de amostra (via seca)

�� Procedimento de Procedimento de digestão (digestão (via úmida)via úmida)

SiOSiO22 + 6 + 6 HFHF → H→ H22SiFSiF66 + 2 H+ 2 H22OO


8

SiOSiO22 + 6 + 6 HFHF → H→ H22SiFSiF66 + 2 H+ 2 H22OO

Uso deUso deHFHF

Utilizar EPIsUtilizar EPIsapropriadosapropriados

Não utilizar Não utilizar materiais de materiais de

vidrovidro

Neutralizar oNeutralizar oexcesso de ácidoexcesso de ácido

2)2) Porção orgânica Porção orgânica �� HÚMUSHÚMUS

Material orgânico Material orgânico que dá ao solo sua cor escura (“castanhoque dá ao solo sua cor escura (“castanho--amarronzada”)amarronzada”)

Constituído por Constituído por vegetaisvegetais e e animaisanimais parcialmente decompostosparcialmente decompostos


A Matéria OrgânicaA Matéria Orgânica

9

Imagem de uma porção de Imagem de uma porção de húmus, retirada do solohúmus, retirada do solo


-- TornaTorna--sese enriquecidoenriquecido comcom nitrogênionitrogênio emem relaçãorelação aoao materialmaterial originaloriginal

(perda de CO2) � aplicações como adubo orgânico

-- ApresentaApresenta váriasvárias substâncias,substâncias, comocomo proteínasproteínas,, ligninalignina ee compostoscompostos ácidosácidos

((-COOH)) � ác. húmico e fúlvico

� Importantes para “estabilizar” espécies metálicas, solúveis em meio alcalino

O HúmusO Húmus

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FORMAÇÃOFORMAÇÃO NATURALNATURALEspontaneamenteEspontaneamente porpor bactériasbactérias ee fungosfungos dodo solosolo

((organismosorganismos decompositoresdecompositores))

ProcessoProcesso

-- DependeDepende tambémtambém dede outrosoutros fatoresfatores:: umidadeumidade eetemperaturatemperatura

-- PodePode serser induzidoinduzido pelopelo homemhomem ......

� Importantes para “estabilizar” espécies metálicas, solúveis em meio alcalino

Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase Gasosa

3)3) Apresenta os mesmos constituintes do ar mas com algumas diferenças nas Apresenta os mesmos constituintes do ar mas com algumas diferenças nas

suas proporçõessuas proporções

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�� SolosSolos BEMBEM AREJADOSAREJADOS garantemgarantem umum bombom desenvolvimentodesenvolvimento radicularradicular

-- SolosSolos cinzentoscinzentos indicamindicam baixabaixa aeraçãoaeração

-- amônioamônio (NH(NH44++))

�� OO NN22 éé oo MAISMAIS IMPORTANTEIMPORTANTE -- uréiauréia-- nitratonitrato (NO(NO33

--))

??????


Presença das Presença das formas acessíveis formas acessíveis de nitrogêniode nitrogênio

Fertilidade do soloFertilidade do solo

�� Transformação do nitrogênio orgânico / inorgânico em formas acessíveis: Transformação do nitrogênio orgânico / inorgânico em formas acessíveis: Fixação de nitrogênioFixação de nitrogênio

-- Natural Natural

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-- Natural Natural -- Uma das etapas envolve ação bacterianaUma das etapas envolve ação bacteriana-- Pode ser favorecido com o uso de certosPode ser favorecido com o uso de certos

cultivares cultivares

�� Reações:Reações:

Bactérias Rhizobium


Além disso...Além disso...

A atmosfera recebe continuamente NA atmosfera recebe continuamente N22 tanto da hidrosfera tanto da hidrosfera

quanto da litosfera, proveniente da decomposição da matéria quanto da litosfera, proveniente da decomposição da matéria orgânicaorgânica

�� OO NN22 fixadofixado podepode retornarretornar àà atmosferaatmosfera:: desnitrificaçãodesnitrificação

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ReaçãoReação::

O uso de fertilizantes aumenta o aporte de O uso de fertilizantes aumenta o aporte de espécies nitrogenadasespécies nitrogenadas dos solos para dos solos para a atmosfera e hidrosfera: a atmosfera e hidrosfera: manejo de solo manejo de solo xx preservação ambientalpreservação ambiental

Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fixação de substâncias

OutrasOutras substânciassubstâncias podempodem serser fixadasfixadas nono solosolo ee tambémtambém emem sedimentosedimentos,s,dependendodependendo dasdas suassuas característicascaracterísticas

SEDIMENTOS:AgregadosAgregados dede partículaspartículas mineraisminerais ee dedepartículaspartículas orgânicas,orgânicas, queque sese encontramencontram ememcontatocontato comcom aa parteparte inferiorinferior dede corposcorpos dede águaágua

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Fixação de Fixação de metais “pesados” metais “pesados”

em em solossolos e em e em sedimentossedimentos

Camada superficial do solo

TeoricamenteTeoricamenteacessível a acessível a raízesraízes

Frações com as quais entram em contato

TeoricamenteTeoricamente acessível a acessível a organismos aquáticosorganismos aquáticos

ACÚMULOACÚMULO


OutrasOutras substânciassubstâncias podempodem serser fixadasfixadas nono solosolo ee tambémtambém emem sedimentossedimentos,,dependendodependendo dasdas suassuas característicascaracterísticas

Meios de fixação Meios de fixação de metais “pesados” de metais “pesados”

em em solossolos e em e em sedimentossedimentos

Adsorção sobre partículas minerais

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Adsorção sobre partículas minerais

Complexação pelos ác. húmicos

Reações de precipitação(forma de sulfetossulfetos)

Adsorções

Reações de precipitação(forma de sulfetossulfetos)

Dependem do pH da Dependem do pH da soluçãosolução do solodo solo

A A correção do pHcorreção do pH do solo do solo (utilizando cal, p. ex) tende a (utilizando cal, p. ex) tende a diminuir a disponibilidade de diminuir a disponibilidade de

espécies como Cdespécies como Cd2+2+

Dependem do pH Dependem do pH da águada água

SE não houver interferência SE não houver interferência de microorganismos, espécies de microorganismos, espécies

como como HgSHgS permanecem permanecem imobilizados imobilizados


Metais “pesados”Metais “pesados”, , PAHsPAHs e e PesticidasPesticidas em em SOLOSSOLOS e e SEDIMENTOSSEDIMENTOS

INDICADORES DE POLUIÇÃO AMBIENTALINDICADORES DE POLUIÇÃO AMBIENTAL

Sedimentos: avaliação temporal (profundidade)Sedimentos: avaliação temporal (profundidade)

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Sedimentos: avaliação temporal (profundidade)Sedimentos: avaliação temporal (profundidade)

MASMAS a toxicidadea toxicidade: : depende da depende da forma químicaforma química

Métodos especiaçãoMétodos especiação

Técnicas de amostragem adequadas Técnicas de amostragem adequadas “LANÇAR MÃO”“LANÇAR MÃO”

Composição Química do Solo Composição Química do Solo –– Fase Líquida

SoluçãoSolução de de eletrólitoseletrólitos e e substâncias orgânicas solúveissubstâncias orgânicas solúveis que envolve a que envolve a fase sólidafase sólidae que está em equilíbrio com a mesmae que está em equilíbrio com a mesma

PRINCIPAIS ELETRÓLITOS:HH++, Na+, K+, NH4

+, Ca2+, Mg2+, Al3+, SO42-, NO3

-, PO43-, CO3

2-, ...

Define o pH do soloDefine o pH do solo- Dissociação de ác. fracos- Troca iônica na superfície dos minerais

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- Troca iônica na superfície dos minerais

A A água do soloágua do solo contém os contém os nutrientes necessários nutrientes necessários para o desenvolvimento das para o desenvolvimento das plantasplantas

Nutrientes que Nutrientes que provém do solo provém do solo e se dissolvem na águae se dissolvem na água

Importância da umidade no soloImportância da umidade no solo

� Solos argilosos concentram mais água do que solos arenosos

ComposiçãoComposição QuímicaQuímica dodo SoloSolo --Propriedades Físico-químicas

Estão relacionadas à sua Estão relacionadas à sua fração argila fração argila e ao tamanho das partículase ao tamanho das partículas

ARGILAARGILAPartículas de Partículas de aluminossilicatosaluminossilicatos com com ϕϕ < 0,002 mm< 0,002 mm

�� Origina os Origina os microporosmicroporos e retém e retém bastante água

Demais frações minerais do solo:Demais frações minerais do solo:

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Demais frações minerais do solo:Demais frações minerais do solo:

SILTESILTEPartículas de Partículas de quartzoquartzo (maioria) com (maioria) com ϕϕ entre 0,002 entre 0,002 –– 0,05 mm0,05 mm

�� Origina poucos poros, “adensa” o solo e retém Origina poucos poros, “adensa” o solo e retém poucapouca águaágua

AREIAAREIAPartículas de Partículas de quartzoquartzo com com ϕϕ entre 0,05 entre 0,05 –– 2 mm2 mm

�� Origina os Origina os macroporosmacroporos, facilita a , facilita a aeraçãoaeração e retém e retém pouca pouca águaágua

�� Solos com pouca água Solos com pouca água �� menos nutrientes menos nutrientes disponíveis ...disponíveis ...


Dependendo da proporção dessas frações Dependendo da proporção dessas frações

Solos com diferentes características químicasSolos com diferentes características químicas

Tipo de aproveitamento Tipo de aproveitamento para a agricultura depende dos seguintes parâmetrospara a agricultura depende dos seguintes parâmetros

�� ACIDEZACIDEZ:: dadadada pelapela presençapresença dede íonsíons HH++

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�� ACIDEZACIDEZ:: dadadada pelapela presençapresença dede íonsíons HHDeterminada por potenciometria (pH) ou por titulação

AnáliseAnálise éé feitafeita emem diferentesdiferentes meiosmeios (água,(água, soluçãosolução dede KClKCl ee soluçãosolução dede CaClCaCl22))

�� MATÉRIAMATÉRIA ORGÂNICAORGÂNICA:: dadadada pelopelo teorteor dede substânciassubstâncias orgânicasorgânicasDeterminada por técnicas instrumentais ou calcinação

�� ALUMÍNIOALUMÍNIO SOLÚVELSOLÚVEL:: concentraçãoconcentração dede íonsíons AlAl33++ queque ocorremocorrem emem solossolos ácidosácidosDeterminado por técnicas espectrométricas de análise, como a de absorção atômica

�� MACRONUTRIENTESMACRONUTRIENTES –– K,K, Ca,Ca, MgMg ee PP:: concentraçãoconcentração dasdas espéciesespécies KK++,, CaCa22++,, MgMg22++ ee POPO4433--

Determinados por técnicas espectrométricas de análise (PO43- é medido como P)


Expressão dos resultados analíticosExpressão dos resultados analíticos

�� OsOs resultadosresultados analíticosanalíticos podempodem serser expressosexpressos dede diversasdiversas formasformas�� AlgumasAlgumas delasdelas “combinam”“combinam” resultadosresultados dede análisesanálises diferentesdiferentes

Exemplos:Exemplos:

�� SOMASOMA DASDAS BASESBASES ((SS)):: dadadada pelapela somasoma dosdos elementoselementos alcalinosalcalinos

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�� CAPACIDADECAPACIDADE DEDE TROCATROCA CATIÔNICACATIÔNICA ((CTCCTC)):: expressaexpressa aa capacidadecapacidade dede trocartrocar cátionscátionsCalculada pelo somatório da quantidade de analitos “positivos” em relação à massa deamostra seca

�� SATURAÇÃOSATURAÇÃO DASDAS BASESBASES ((VV)):: expressaexpressa aa relaçãorelação entreentre aa quantidadequantidade dede elementoselementosalcalinosalcalinos ee osos demaisdemais comcom cargacarga positivapositivaCalculada como VV== (( SS xx 100100// CTCCTC))

�� SATURAÇÃOSATURAÇÃO PORPOR ALUMÍNIOALUMÍNIO ((mm)):: expressaexpressa aa relaçãorelação entreentre aa quantidadequantidade dede AlAl33++ ememrelaçãorelação aoao somatóriosomatório dede basesbases ee oo teorteor dede alumínioalumínioCalculada como mm== (( [Al][Al] xx 100100 // (( SS ++ [Al])[Al]) ))

Composição Química do SoloComposição Química do SoloFertilidade e UtilizaçãoFertilidade e Utilização

Essa característica está ligada também à disponibilidade de nutrientes para odesenvolvimento das plantas

Necessários: Necessários: MACRO NUTRIENTES MACRO NUTRIENTES e MICRO NUTRIENTESe MICRO NUTRIENTES

ENTÃO,ENTÃO, emem solossolos produtíveisprodutíveis,, nosnos quaisquais osos CiclosCiclos biogeoquímicosbiogeoquímicos nãonão sãosão suficientessuficientes paraparamantermanter oo solosolo sempresempre fértil,fértil, osos elementoselementos essenciaisessenciais aosaos vegetaisvegetais nãonão sãosão inesgotáveisinesgotáveis......

� Quando há deficiência de minerais é possível realizar intervenções para garantir a

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� Quando há deficiência de minerais é possível realizar intervenções para garantir aprodutividade:

CALAGEMCALAGEM �� AdiçãoAdição dede calcáriocalcário parapara elevarelevar oo pHpH-- Diminui a toxicidade de AlAl33++ e MnMn22++ e aumenta os teores de Ca2+ e Mg2+

ADUBAÇÃOADUBAÇÃO �� AdiçãoAdição dede substânciassubstâncias químicas,químicas, asas quaisquais variamvariam comcom oo contextocontexto-- Tipos: correção (antes plantio), de crescimento (início desenvolvimento) e,

manutenção (durante)-- PodemPodem serser compostoscompostos principalmenteprincipalmente porpor fontesfontes dede::

fósforo,, potássio,, cálcio,, magnésio,, boro ee nitrogênio (material(material orgânico)orgânico)ExEx:: tipotipo NPKNPK (fonte(fonte dede nitrogênio,nitrogênio, fósforofósforo ee potássio)potássio)

Composição Química do Solo Composição Química do Solo --Classificação e Nomenclatura

BRASIL: Baseada nos aspectos genético-natural (fatores de formação do solo)

Descrito pelo “Sistema Brasileiro de Classificação de Solos”Descrito pelo “Sistema Brasileiro de Classificação de Solos”(EMBRAPA)(EMBRAPA)

Existem, em outros países, outras formas de classificação((Não existe uma classificação universalNão existe uma classificação universal))

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((Não existe uma classificação universalNão existe uma classificação universal))

Outra característica geral do sistema brasileiroOutra característica geral do sistema brasileiro: : Fornece também informações relativas a sua utilizaçãoFornece também informações relativas a sua utilização

Obedece a seguinte ordenação:Obedece a seguinte ordenação:11-- Ordem Ordem –– 22-- Subordem Subordem –– 33-- Grande grupo Grande grupo –– 44-- Subgrupo Subgrupo –– 55-- Família Família –– 66-- Série Série –– 77-- FasesFases

ExEx: : LatossoloLatossolo Vermelho Vermelho EutroférricoEutroférrico típico A moderado textura média fase floresta tropical típico A moderado textura média fase floresta tropical subcaducifóliasubcaducifólia relevo suave onduladorelevo suave ondulado

Outras “ordens”Outras “ordens”: argilosos, : argilosos, podzólicospodzólicos, , gleissolosgleissolos, , neossolosneossolos, , neossolosneossolos regolíticosregolíticos ......

ReferênciasReferências

BairdBaird, C; Química Ambiental, 2ª Ed, , C; Química Ambiental, 2ª Ed, BookmanBookman: São Paulo, 1999: São Paulo, 1999

Nascentes, C. C.; Costa, L. M.; Química Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais, 2011Nascentes, C. C.; Costa, L. M.; Química Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais, 2011

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23

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