Cap Quimica de Suelos 1

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Capítulo 4: Composición química
del suelo y sus propiedades
Profesora: Consuelo Romero, Ph.D.
Edafología Grupos E y F
Departamento de Suelos
Facultad de Agronomía
2020-2
Ciclo online
Los coloides del suelo
Los coloides del suelo
u Corresponden a la fracción
más fina del suelo, las cuales
muestran intercambios
aniónicos y catiónicos en sus 
superficies tanto de 
materiales inorgánicos como
los organicos (arcillas y 
humus),
u Estas partículas coloidales son 
los lugares donde los iones
importantes y esenciales para 
la nutrición de las plantas, son 
almacenadas y protegidas del 
exceso de agua.
Los coloides del suelo
u Estos elementos esenciales son 
absorbidos por las raíces de las 
plantas;
u A la misma vez estos cationes y 
aniones pueden ser intercambiados
con la solución suelo;
u Las capacidades de intercambio de 
cationes y aniones no son las únicas
propiedades de los coloides del 
suelo. 
u Estas partículas finas también
influyen la estructura y estabilidad
del suelo, la retención y movimiento
de agua, y aeración del suelo.
Propiedades generales de los coloides
del suelo:
u 1.Tamaño: la propiedad mas común de los coloides es su tamaño extremadamente
pequeño;
u No se puede ver con microscópio ordinario;
u Es visible con un microscópio electrónico (micras en diametro);
Propiedades generales
de los coloides del 
suelo:
u 2.Area superficial: debido a su
pequeño tamaño, todos los 
coloides del suelo exponen una 
gran superficie superficial por 
unidad de masa;
u El area superficial de 1 g de 
arcilla coloidal es por lo menos
1000 veces mas que 1 g de 
arena gruesa;
Propiedades generales de los coloides
del suelo:
u 3.Superficie cargada: la 
superficie de los coloides, 
externa e interna, llevan
tanto cargas negativas
como positivas;
u En la mayoría de coloides, 
son las cargas negativas
las que predominan;
u En suelos muy ácidos, 
algunas particulas
coloidales tienen una 
carga electropositiva
_ carga negativa
Propiedades generales de los coloides
del suelo
u 4. Adsorción de cationes y agua:
u Las cargas de los coloides (micelas o 
micro cells) del suelo atraen iones de 
carga opuesta;
u Estos cationes pueden ser H+, Al3+, Ca2+, y 
Mg2+;
u Este apantallamiento produce una capa
iónica doble;
u Las moléculas de agua también pueden
ser adsorbidas en estas superficies 
cargadas negativamente (hidratando
cationes y otras dentro de las capas
internas coloidales);
u Aniones como el NO3- o SO42- pueden ser 
también adsorbidas por cargas positivas
en las superficies coloidales.
Capa ionica
interna
Capa ionica
externa
Tipos de 
coloides del 
suelo
u Encontramos 4 tipos de coloides del 
suelo:
u 1) arcillas silicatadas laminadas,
u 2) arcillas de oxidos de hierro y 
aluminio,
u 3) alofano y arcillas asociadas,
u 4) humus.
Arcillas silicatadas laminares
u Los minerales arcillosos silicatados son los coloides inorgánicos más dominantes de la mayoría
de los suelos, sobre todo aquellos que están localizados en zonas templadas;
u Sus características más importantes son:
u - estructura cristalina en láminas ( o capas) y
u - cargas negativas.
u Cada partícula esta constituída por varias capas, como las páginas de un libro,
u Las capas se componen de planos de oxígeno cercanamente empacados y mantenidos unidos
por átomos de silicio, aluminio, magnesio, hidrógeno y/o hierro que ocupan los espacios
entre los oxígenos.
Partícula
silicatada
Lámina
silicatada
Foto de la muscovita (mineral silicatado)
Alofano e imoglita
u Muchos suelos presentan silicatos
coloidales cuya estructura cristalina no 
esta suficientemente ordenada para ser 
visto en rayos X;
u No tienen un orden tridimensional, 
como el resto de minerales (“minerales
de corto rango”);
u Estos son silicatos pobremente
cristalinos; ejm. el alofano y su
‘compañero’ más intemperizado, la 
imoglita:
u Al2O3.2SiO2H2O
(composicion general alumino silicatos)
- Dominantes en suelos desarrollados de 
cenizas volcánicas (Andisols).
- Gran capacidad de adsorber P (pH 
acidos)
Arcillas de óxido de 
hierro y aluminio
u Estas arcillas se encuentran en altas
cantidades en suelos altamente
intemperizados (Oxisoles y Ultisoles de 
zonas tropicales y semi-tropicales);
u Confieren coloraciones rojas y 
amarillas;
u Ejemplo de estos óxidos (e hidroxidos) 
de Fe y Al:
u Goetita: FeOOH
Hematita: Fe2O3
Gibsita: Al(OH)3
u Para mayor facilidad, estos se 
conocerán como arcillas de óxido de Fe 
y Al;
u Algunas cristalinas y otras no;
u No presentan plasticidad y pegajosidad, 
más bien barnizan las superficies de las 
arcillas;
Arcillas de óxido de 
hierro y aluminio
u Algunas son cristalinas y otras
amorfas;
u No pegajosas;
u No plásticas;
u Presentes como ‘coatings’ de arcillas
laminares;
u Sus cargas superficiales varían con el 
pH del suelo:
u A pH alcalino: dominan las cargas 
negativa,
u A pH ácido: dominan las cargas 
positivas,
u En ambos casos, se atraerán a iones
con carga contraria.
Coloides orgánicos del suelo: el humus
u La ruptura y alteración de los residuos
vegetales por microorganismos y la 
concurrente sintesis de compuestos
orgánicos nuevos, más estables, resultan
en la formación de un material orgánico
colloidal de color oscuro llamado
humus.
u La organizacion coloidal del humus es 
muy parecida a la que presentan las 
arcillas;
u Una micela grandemente cargada por un 
enjambre de cationes;
u Sin embargo, el humus no es cristalino;
u Más bien son cadenas largas y torcidas
de carbono unidos a iones H, O, N. 
Varios tamaños;
Coloides orgánicos del suelo: el humus
u Las cargas negativas del humus 
asociados con grupos parcialmente
disociados: 
u enólicos,
u carboxílico,
u fenólico.
Estas cargas negativas son 
dependientes del pH:
- Condiciones muy ácidas, las 
cargas negativas disminuyen. 
- Y a pH neutral o alcalino, las 
cargas negativas se incrementan
en gran cantidad.
Grupo F, 7 set.
Cationes adsorbidos
u Son los iones cargados
positivamente los que se 
encontrarán en las superficies de 
intercambio, sean arcillosas o 
húmicas.
u En zonas húmedas predominan
Al3+, Ca2+, H+.
u En zonas áridas predominan el 
Ca2+, Mg2+, K+, Na+;
u M representa otros iones, 
principalmente cationes basicos
(ejm. Na+ y NH4+) que se 
encuentran en menor cantidad.
M
Dominancia de los cationes
u Dos factores determinan la relativa
proporción de los diferentes cationes
adsorbidos por las arcillas:
u 1. la fuerza de adsorción en cantidades
equivalentes: (los iones no están
adsorbidos con igual fuerza)
u Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4+ > Na+
u (cuando están en cantidades equiv.)
u 2. La relativa concentracion de cationes
en la solucion suelo ayudará a determinar
el grado al cual la adsorcion ocurrirá :
- Suelos acidos: Al3+ e H+
- Suelos neutros y alcalinos, Ca2+ y Mg2+
dominan.
Micela
a Ca2+
b Al3+
c H+
d M+
e Ca2+
f Mg2+
g K+
h M+
Cationes dominantes zonas húmedas
Cationes dominantes zonas áridas/semi áridas
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Micela
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Micela
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Na
Na
Na
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- -NaNa Ca
MgK
Ca
Ca
Na
Ejm. Suelo sódico
Intercambio catiónico
u Es una característica de las 
superficies arcillosas cargadas de 
cationes;
u Que están sujetas a 
intercambiarse con otros cationes
que se encuetren en solución
suelo.
u Ver ejemplo:
u Todos los coloides del suelo están
sujetos a esta reaccion de 
intercambio catiónico. Se 
explicará mas adelante con más
detalle.
Micela
(Coloide)
Ca2+ + 2H+ Micela
H+
H+
+ Ca2+ 
(Coloide)(Solución
suelo)
(Solución
suelo)
Estructura de las arcillas silicatadas
_FUNDAMENTOS
u Arcillas más importantes: filosilicatos (estructura planar);
u Formadas por dos capas fundamentales
u Las unidades fundamentales de las arcillas son dos clases de planos o capas: una formada por 
planos de oxígeno con silicio ,solamente….
u La otra formada por dos planos de oxígeno e hidroxilos junto con Aluminio o Magnesio
dispersas entre ellos.La unidad básica fundamental de la lámina
dominada por el silicio es el tetraedro de Si
u Es llamado tetraedro de Si por la 
disposición espacial de los átomos de O 
alrededor de un átomo de Si, formando
esta forma geométrica;
u Este tetraedro es la unidad fundamental 
de todos los minerales silicatados;
u Hay diferentes minerales silicatados
según el arreglo de estos tetraedros (ver
siguiente slide);
u Como las arcillas derivan de la 
degradación física y química de estos
minerales, es de esperarse una estructura
química similar a la parental.
u El arreglo de tetraedros que comparten O 
forman la capa tetrahedral.
Dos tetraedros unidos por puentes de Fe y Mg (Olivino)
Hilera de 
tetraedros
de Si
(1 tetraedro
comparte 2 O)
(Augita) 
Cadenas dobles
de tetraedros
de Si
(1 tetraedro
comparte 2 o 3 O)
(Hornblenda)
Láminas
de tetraedros
de Si
(1 tetraedro
comparte 3 O)
(Biotita)
Meteorización química de minerales no ferromagnesianos
Ejemplo de la meteorizacion de la ortoclasa
2 partes ortoclasa + 1 parte ácido carbonico + 1 parte de agua
2K(AlSi3O8) + H2CO3 + H2O 
Produce arcilla + carbonato de potasio + 4 partes de sílice
Al2Si2O5(OH)4 + K2CO3 + 4 SiO2
La unidad básica fundamental de la lámina
dominada por el Al y Mg es el octaedro de Al
u Los iones Al y Mg son los iones clave de este
segundo tipo de lámina;
u Su estructura básica muestra a estos cationes
(sea Al o Mg) en el centro rodeado por 6 
átomos de oxígeno o grupos hidroxilo (OH), 
definiendo una figura geométrica de 8 lados, 
llamado octaedro;
u Muchos octahedros unidos entre sí forman la 
capa octaedral;
u Si el átomo dominante es el Al, entonces la 
capa se llama dioctaedral, mientras que si el 
cation dominante tiene Mg entonces la capa
se llama trioctaedral (2 iones Al en capa
dioctaedral satisfacen las mismas cargas 
negativas de los O y OH que 3 iones de Mg en
la capa trioctaedral).
u Estas capas, hexaedrales y octaedrales
son unidades fundamentals de las 
arcillas silicatadas;
u Estas se unen entre sí al compartir
átomos de oxígeno entre sus diferentes
capas.
u La combinación de capas varía según el 
tipo de arcilla y grandemente controlan
las propiedades físicas y químicas de 
cada arcilla.
Sheet=capa
Layer=lámina
Sustitución isomórfica
u La sustitución isomórfica es un 
proceso por el cual el núcleo de un 
tetraedro de Si u octaedro de Al es 
reemplazado por un ion de similar 
tamaño (radio iónico);
u Este reemplazamiento se da debido
a los procesos de intemperismo
que sufre la roca original 
(químico/físico);
u Ejm. El Al puede reemplazar al Si 
en el tetraedro de Si;
u El Al (o Mg) del octaedro puede ser 
reemplazado por el Fe o Zn.
u El radio iónico de los iones
communes en arcillas se muestran a 
continuación….
Grupo B
u En las arcillas montmorillonita la sustitución isomórfica ocurre principalmente
en la capa octaedral (Al);
u En la arcilla vermiculita, la sustitución se da en ambas capas (tetraedral –Si- y 
octaedral (Al-)
u Finalmente, en la illita la sustitución se da sólamente en la capa tetraedral
(Si)
u IMPORTANTE:
u Gracias a la sustitución isomórfica se van a generar las cargas negativas en las 
arcillas.
Sustitución isomórfica
Radio iónico de los elementos encontrados en las arcillas
silicatadas y donde se encuentran
Ion Radio (nm)
Si4+
Al3+
Fe3+
Mg2+
Zn2+
Fe2+
Na+
Ca2+
K+
O2-
OH-
0.042
0.051
0.064
0.066
0.074
0.070
0.097
0.099
0.133
0.140
0.155
1 nm = 0.001 micras
Encontrados en:
Capa tetraedral
Capa octaedral
Sitios de intercambio
Ambas capas
Continuará….