Cap Quimica de Suelos 2

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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
Origen de cargas negativas
u La sustitucion isomórfica es 
importantisima para la generación de 
cargas tanto positivas como negativas.
u Ejm. La sustitución de un Si4+ por Al3+ va a 
dejar una carga negativa disponible…
u Por otro lado, si el núcleo de un octahedro
ocupado por un Al3+ es reemplazado por un 
Mg2+, resultará en la generación de una 
carga positiva.
u El balance neto asociado con una arcilla es 
el balance entre ambas cargas;
u Generalmente la carga neta es negativa en
las arcillas silicatadas. Estas son las 
llamadas ‘cargas permanentes’;
u Otra fuente: disociación de grupos OH-,
u Ruptura de bordes de arcillas.
Organización mineralógica de las arcillas
silicatadas
u Basándonos en el arreglo de las capas tetraedrales y octaedrales que se puedan dar, 
tenemos la siguiente clasificación:
u 1. Minerales (arcillosos) tipo 1:1
Aquellas conformadas por una capa tetrahedral de silicio y una capa octahedral de 
aluminio; de allí el termino cristal tipo 1:1.
En suelos, el ejm. más importante es el de la arcilla caolinita (aunque dentro de este
grupo se incluyen también la haloisita, nacrita y la dickita);
u 2. Minerales (arcillosos) tipo 2:1
Caracterizados por presentar una capa octahedral entre dos capas tetraedrales.
Tenemos 4 grupos: las esmectitas y vermiculitas (arcillas expandibles) y las micas de 
grano fino (ilitas) y la clorita (ambas arcillas no expandibles)
u MINERALES ARCILLOSOS tipo 1:1
u En la caolinita, las capas tetraedrales y octaedrales se mantienen unidas de manera ‘apretada’ por 
átomos comunes de oxígeno (oxígeno apical) , los cuales son compartidos por el Si y el Al de sus 
respectivas capas;
u La unión entre láminas se da por enlaces de H+, por lo cual la estructura es fija, no hay expansión
cuando la arcilla se humedece;
u Entonces tanto agua como cationes no se encuentran entre capas fundamentales;
u También hay poca sustitución isomórfica y baja area superficial….baja retención de cationes.
u Por lo tanto, la caolinita presenta:
u -baja plasticidad, pegajosidad, cohesión, encojimiento o expansión;
u -Su área superficial se limita al area externa solamente;
u -Al no adsorber mucha agua ni cationes sugiere que esta arcilla no exhibe propiedades coloidales de 
alta intensidad;
u -Suelos con caolinita los hace buenos para carreteras, bases de edificios, para hacer ladrillos.
u MINERALES ARCILLOSOS tipo 2:1
u Las unidades (capas) de estos minerales se caracterizan por:
Una capa octahedral de aluminio localizada entre dos capas tetrahedrales de silicio.
u Existen cuatro grupos de arcillas que presentan esta estructura basica:
u Las esmectitas y vermiculitas (minerales de tipo expandible)
u Las micas de grano fino (illitas)
u Y la clorita (arcilla no expandible)
Minerales expandibles
u El grupo de las esmectitas se caracterizan por 
presentar expansión entre capas;
u Ocurre cuando estas arcillas se humedecen y se 
hinchan, el agua que ingresa en el espacio entre 
capas las separa;
u La montmorillonita es la arcilla más prominente
de este grupo en suelos (también la beidelita, 
nontronite y saponite).
u Los critales planos de las esmectitas estan
compuestas de capas de tipo 2:1;
u Estas capas están unidas por enlaces débiles
oxígeno-oxígeno u oxígeno-cation.
u Los cationes y moleculas de agua son atraídas
entre las capas de la arcilla, ocasionando
expansion, por lo tanto, el área interna expuesta
excede la externa en estos minerales. 
El area superficial por unidad de masa es grandísima (650m2-800 m2/g!!!)
La caolinita 10 a 30 m2/g;
Las esmectitas son mucho más pequeñas que la caolinita 0.01 a 1 um vs.0.2-2 um)
Otras características 
minerales 2:1
u En esmectitas, la sustitución isomórfica de Mg2+ por algunos de los iones
Al3+ en la capa dioctaedral es responsible de la mayoría de cargas negativas
(algo de substitución Si4+- Al3+ ocurre también en capa tetrahedral).
u Esmectitas CIC: 20-40 veces la de la caolinita.
u Son altamente plásticas y cohesivas.
u Rajaduras típicas se observan cuando estas arcillas se secan (vertisols)
Otras características 
minerales 2:1
u Las vermiculitas son también del tipo 2:1;
u En la mayoria de suelos con vermiculitas, la capa octahedral es dominada por Al3+ 
(dioctahedral), aunque también pueden encontrarse vermiculitas con dominio de Mg2+.
u Una diferencia con las esmectitas: el agua (asi como el Mg y otros iones) es retenida en los 
espacios entre capas fuertemente;
u Pero estos constituyentes actúan más bien como puentes manteniendo a las unidades
juntas;
u Por lo tanto las arcillas no son tan expandibles.
u Su CIC es el más alto encontrado, debido a la gran carga negativa en la capa tetrahedral.
u Los cristales de vermiculita: los más grandes encontrados.
u Superficie especifica entre 70 a 100 m2/g (1/8 de las esmectitas)
Minerales no expandibles
u Las micas y las cloritas se encuentran en este
grupo;
u Muscovita y biotita son ejemplos de micas sin 
intemperizarse (arena, limo);
u Minerales intemperizados parecidas a estas micas se 
encuentran en los suelos, se conocen como las micas 
de grano fino.
u Poseen una estructura tipo 2:1, sin embargo las 
partículas son mas grandes que las de las 
esmectitas.
u La mayor fuente de cargas negativas provienen de la 
capa tetrahedral (20% reemplazo por Al3+), mayor 
que vermiculitas;
u Resultado: carga negativa mucho mayor que las 
esmectitas. Para satisfacer estas cargas, los iones K+
son atraidos en los espacios entre capas.
u K+ actúa como un agente pegante, previene
expansión de las láminas arcillosas.
Minerales no expandibles
u La clorita es un silicato de magnesio y hierro con 
algo de aluminio presente;
u Su estructura cristalina es:
u Capas 2:1 como las esmectitas alternando con 
capas de hidroxidos (dioctahedrales o 
trioctahedrales);
u Sin embargo, el Mg2+ domina ambas, la intercapa
de hidróxidos (trioctahedral) como también la 
capaoctaedral de la capa 2:1.
u Su carga negativa es parecidad a la de las micas de 
grano fino (<<< esmectitas)
u Np hay adsorcion de agua entre unidades
cristalinas (no-expansibles).
Nota!
u Estos grupos específicos no aparencen independientemente el uno del otro;
u En un suelo dado, es normal encontrar diferentes minerales arcillosos
mezclados.
u Más aun, algunos minrales coloidales tienen propiedades y composicioens
intermedias (entre 2:1 y 1:1);
u Estos son llamados de “capa mixta o interestratificados”
u Ejm. Cuando lean y vean términos como clorita-vermiculite o esmectitas-
micas de grano fino.
Génesis de los coloides
del suelo:
Arcillas silicatadas
u Las arcillas silicatadas se forman por el intemperismo de varios minerales pero
por dos procesos distintos:
u 1. alteracion de minerales primaries
u 2. por descomposicion de minerales primaries con la subsecuente
recristalizacion de sus productos en arcillas silicatadas.
Génesis de los coloides del suelo:
Arcillas silicatadas
u Alteración:
u Los cambios que ocurren con la mica muscovite (mineral primario) para convertirse en una 
mica de grano fino es un buen ejemplo de alteración:
Génesis de los coloides del suelo:
Arcillas silicatadas
u Recristalización:
u Este proceso involucra la ruptura complete de la estructura del cristal y recristalizacion
de minerales arcillosos apartir de los productos de esta rupture;
u Un ejemplo es la formacion de caolinita (1:1) a partir de soluciones conteniendo
aluminio y silicio solubles provenientes de minerales primaries destruidos con una 
estructura 2:1;
u Tal recristalización hace possible la formación de nuevos tipos de arcillas a partir de un 
mineral primario.
u La arcilla especifica que se forme dependerá de las condiciones de intemperismo
dominante en la zona y de los iones presents en la solucion intemperizada mientras
ocurre la cristalización.
Condicionesgenerales para la formación de varias arcillas silicatadas laminares
y óxidos de Fe y Al
Grado de intemperismo….< >
Oxidos de hierro y aluminio
u Goetita (FeOOH) y hematite (Fe2O3) son los óxidos de hierro más
communes en los suelos;
u Se forman por el intemperismo de minerales silicatados primarios
que contienen hierro;
u Normalmente el hierro se encuentra en su estado de valencia baja, 
liberado, pero rápidamente oxidado a su forma insoluble tri-valente.
u La goetita tiende a ser dominante en zonas temperadas y húmedas;
u La hematite (color rojo) más dominante en zonas tropicales o secas.
u La gibbsita (Al(OH)3) es el óxido de Al más común product del 
intemperismo de una variedad de aluminosilicatos primarios.
u Los iones H reemplazan a los cationes básicos, rompiendo la 
estructura del mineral, liberando al Al y al Si. El Al liberado
comunmente precipita como gibbsita direactamente.
Arcillas amorfas
u Muy poco se sabe de su formación;
u Asociados comunmente con materiales de origen volcánico, aunque también
se encuentran en algunos espodosoles derivados de rocas ígneas;
u Aparentemente las cenizas volcánicas liberan Si(OH)x y Al(OH)x, materiales
que precipitan como geles.
u Por lo tanto son pobremente cristalinos!
u Imogolita presenta un estado más avanzado de intemperismo que el alofano.
Humus
u La ruptura y alteración de residuos
vegetales por microorganismos y la 
concurrente síntesis de compuestos
estables nuevos resulta en la 
formación de humus;
u Las unidades estructurales
orgánicas asociadas a la 
degradación de la m.org. provee
sitios de carga para la atracción de 
cationes y aniones.
Fuentes de cargas en los coloides del suelo
u Existen dos fuentes principales de 
cargas en los coloides del suelo:
u 1. grupos hidroxilos (-OH)
u 2. otros grupos funcionales que se 
encuentran en las superficies de los 
coloides; (-COOH)
u 3. el desbalance de carga debido a la 
sustitución isomórfica en alguna de las 
estructuras de las arcillas de un catión
por otro de tamaño similar pero
diferente carga.
u Todos los coloides, orgánicos o 
inorgánicos, exhiben las cargas 
superficiales asociadas con los grupos
OH que son grandemente dependientes
del pH (cargas dependientes de pH)
u La > de cargas asociadas al humus, 
arcillas 1:1, ox. Fe y Al, alofano, son de 
este tipo;
u En arcillas 2:1 hay cargas provenientes
de la sustitución isomórfica de un 
cation por otro (estas se llaman cargas 
permanentes o constantes)
Cargas constantes en arcillas silicatadas
u Cargas negativas:
u Carga negativa neta es encontrada en
minerales con sustitución isomórfica
con un ion con carga menor (ejm. Mg2+) 
sobre uno de carga mayor (Al3+);
u Generalmente en capas dioctahedrales
con Al3+, dejando una carga libre 
negativa;
u Importante para generación de cargas 
en arcillas esmectitas, vermiculitas y 
cloritas
u Otra sustitución es la de Al3+ por Si4+ en
las capas tetrahedrales, el cual deja
también una carga negativa;
Cargas constantes en arcillas silicatadas
u Cargas positivas:
u La sustitución isomórfica también
puede ser una fuente de cargas 
positivas si el ion reemplazante es de 
mayor carga.
Ejm. Capa trioctahedral:
u Tales cargas positivas
son características de 
las capas de hidròxido
que se encuentran en
los espacios entre 
capas arcillosas, como
en la clorita, una 
carga que es 
balanceada por las 
cargas negativas de la 
capa tetrahedral.
Continuará…