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Este documento explora la influencia del intercambio iónico en la estructura y reacción del suelo, profundizando en conceptos como el sistema coloidal, la capacidad de intercambio catiónico (cic), la fijación de nutrientes como el fósforo y el potasio, y la importancia del ph del suelo en la absorción de nutrientes por las plantas. Se analizan los factores que influyen en la dinámica del intercambio iónico, como la naturaleza de los cationes, la temperatura y la composición del suelo. El documento también aborda la importancia del ph del suelo en la disponibilidad de nutrientes y el desarrollo de las plantas.
Tipo: Resúmenes
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Un sistema coloidal consiste en una fase homogénea dispersante y una fase dispersa, constituida por partículas pequeñas, pero de tamaño grande con respecto al tamaño de las moléculas de la fase dispersante. Los sistemas coloidales que existen en el suelo son los soles y suspensiones, donde la fase dispersante es líquida y la dispersa es sólida.
Arcilla de ladrillos : Contiene muchas impurezas y cocida presenta tonos amarillentos o rojizos, según la cantidad de óxido de hierro. Se emplea en cerámica utilitaria.
Arcilla de alfarero : También llamada barro rojo, se utiliza en alfarería y para modelar. Cocida presentará un color claro, rojizo o marrón. Se utiliza sin esmaltar para decoración y es ideal para el torno.
Arcilla de gres : Tiene gran contenido de feldespato. Cocida posee gran plasticidad y mínima absorción, presentando tonos claros, grises o crema. Se utiliza en el torno para esmaltes de alta temperatura.
Arcillas "Ball Clay" o de bola : Debido a la gran cantidad de materia orgánica que posee, en crudo presenta un color oscuro o gris, que se convierte en claro al cocerla. Pertenece al grupo de las arcillas grasas y es ideal para modelar a mano.
Caolín : Es la arcilla más pura (primaria) y lavada, produce pastas de gran blancura. Poco plástica y muy refractaria, se utiliza mezclada con otras arcillas. Es la base de la porcelana.
Arcilla refractaria : Muy resistente a la temperatura, funde por encima de los 1.500°C, por lo que se utiliza para la fabricación de ladrillos para hornos refractarios y para modelar murales.
Bentonita : Arcilla derivada de cenizas volcánicas, es muy plástica. Se utiliza mezclada en las pastas de loza o de porcelana, pero su proporción no debe ser mayor al 3% debido a la gran cantidad de hierro que posee.
La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es la capacidad que tiene un suelo para retener y liberar iones positivos, gracias a su contenido en arcillas y materia orgánica. Las arcillas están cargadas negativamente, por lo que suelos con mayores concentraciones de arcillas exhiben capacidades de intercambio catiónico mayores. A mayor contenido de materia orgánica en un suelo, aumenta su CIC.
La CIC se mide en condiciones normalizadas siguiendo la norma UNE-EN ISO 11260:2011, saturando la superficie del suelo con bario y, posteriormente, añadiendo una cantidad conocida de magnesio que se intercambie con el bario de forma cuantitativa. La medida del magnesio que queda en disolución permite calcular el valor de la CIC.
Los cationes de mayor importancia con relación al crecimiento de las plantas son el calcio (Ca), magnesio (Mg), potasio (K), amonio (NH4+), sodio (Na) e hidrógeno (H). Los primeros cuatro son nutrientes y se encuentran involucrados directamente con el crecimiento de las plantas. El sodio y el hidrógeno tienen un pronunciado efecto en la disponibilidad de los nutrientes y la humedad.
El intercambio aniónico es un intercambio de iones entre dos electrolitos o entre una disolución de electrolitos y un complejo. Se utiliza para procesos de purificación, separación y descontaminación de disoluciones que contienen iones, empleando sólidos poliméricos o minerales dentro de dispositivos llamados intercambiadores de iones.
Los intercambiadores de iones pueden ser intercambiadores de cationes, que intercambian iones cargados positivamente, o intercambiadores de aniones que intercambian iones con carga negativa. También hay cambiadores anfóteros que pueden intercambiar cationes y aniones al mismo tiempo.
El intercambio iónico se utiliza ampliamente en diversas industrias, como la de alimentos y bebidas, hidrometalurgia, química y petroquímica, farmacéutica, agua, nuclear, entre otras. También se emplea en el hogar, como en los detergentes de lavado o en los filtros de agua.
Diversos factores influyen en la dinámica de cambio de cationes del suelo, entre ellos:
Poder de fijación de los cationes en el suelo. Capacidad de saturación del suelo y la naturaleza de los cationes fijados. Temperatura. Constituyentes coloidales del suelo.
capa de agua formada alrededor de las moléculas absorbentes, permanecen ligados a la molécula coloidal y constituyen una disolución que suele denominarse "interna" en oposición a la externa del suelo que permanecerá libre.
Para cada catión, las concentraciones en las disoluciones son diferentes, pero existe un equilibrio entre ellas. Toda modificación de la concentración relativa de un catión interno o externo lleva consigo una reacción de cambio, debido a la modificación del equilibrio. Mientras que los movimientos de los cationes en la disolución externa son libres, los de la interna están limitados por los cationes cercanos.
La disolución interna suele designarse corrientemente "zona de oscilación catiónica" y está constituida por dos capas: una interior en contacto con las cargas negativas del coloide que es retenida de manera más intensa y otra que, por el contrario, es más fácil de cambiar.
La disolución externa o disolución del suelo contiene cationes disueltos, pero generalmente en mucha menor proporción que la de los cationes fijados al coloide. El equilibrio que se establece en la disolución externa e interna puede desplazarse por diversos motivos, como efecto de lluvias o riegos, absorción de cationes por las plantas, transformaciones bioquímicas, respiración de raíces y microorganismos, actividad microbiana y aportación de fertilizantes solubles.
No todos los cationes son adsorbidos con la misma intensidad por el coloide. Se puede establecer una energía de fijación decreciente, según el orden: H
Ca2+ > Mg2+ > K+ > NH4+ > Na+. Los cationes divalentes son más fuertemente adsorbidos que los monovalentes, y los menos hidratados se fijan más que los más hidratados.
Cuando el complejo coloidal está altamente saturado por un determinado catión y muy poco por otros, estos últimos son más difícilmente intercambiables. En suelos con predominio de Ca2+ fijado, Mg2+, K+ y NH4+ se fijan con preferencia al Ca2+. El Na+ siempre se fija con dificultad, incluso cuando no se encuentra adsorbido.
Al aumentar la temperatura, el equilibrio Complejo-disolución se desplaza y el complejo cede cationes a la disolución, disminuyendo el poder adsorbente
del suelo. Esto contribuye a incrementar la concentración de la disolución del suelo durante la estación cálida.
La capacidad de adsorción varía según las proporciones de arcillas silíceas, humus y óxidos de Fe, Mn y Al presentes en el suelo, desde 5 a 200 meq/ 100g.
Fijación de potasio y amonio
El potasio en el suelo se encuentra en cuatro formas: en solución, intercambiable, no intercambiable y mineral. Cuando el potasio de la solución es absorbido por las plantas, es rápidamente repuesto por cesión de formas menos disponibles, como el potasio fijado en las interláminas de arcillas. La fijación de potasio es común en suelos con illitas y esmectitas, y puede aumentar por factores térmicos.
El amonio (NH4+) es una forma de nitrógeno absorbible por las plantas. Puede ser fijado por minerales secundarios o inmovilizado por microorganismos, al desplazar a otros cationes en la estructura cristalina de las arcillas.
Aniones importantes para las plantas
A diferencia de los cationes, ningún anión se fija, excepto el anión fosfato, que se une a los cationes de calcio. Los fertilizantes aportan los cationes (amonio y potasio) y los aniones (fosfato y nitrato) que necesitan las plantas. El nitrato no es retenido y puede emigrar o perderse, mientras que el fosfato es fijado por el complejo del suelo.
Fijación de fósforo por los suelos
El fósforo es el segundo elemento esencial más importante para las plantas, pues forma parte de compuestos orgánicos vitales. Sin embargo, la mayor parte del fósforo en el suelo se encuentra en formas no disponibles para las plantas, ya que la roca madre define los contenidos de fósforo en el suelo.
El fósforo en el suelo
Solo una pequeña porción del fósforo en el suelo está verdaderamente disponible para ser tomada por las plantas, lo cual puede ser
Un método más completo es el descrito por Wagh y Fitts (1996), que consiste en la incubación de muestras de suelo por 4 días, a las cuales se les adiciona concentraciones conocidas de fosfato monocálcico, para posteriormente extraer el fósforo por el método más adecuado para cada tipo de suelo.
La capacidad amortiguadora o buffer del suelo ayuda a estabilizar el pH cuando se agrega un elemento ácido o alcalino al terreno. Los cambios en el pH pueden afectar a las plantas, disminuyendo la fracción de nutrientes disponible para ellas. Existen varios minerales que ayudan a amortiguar los cambios en el pH, como los óxidos de calcio, magnesio y potasio, junto con los carbonatos, cuando el pH es alto, y los óxidos de aluminio e hidróxidos de hierro, cuando el pH es ácido. La materia orgánica del suelo, las reacciones minerales de intemperismo y las reacciones de intercambio también ayudan a amortiguar el suelo a niveles intermedios de pH.
El intercambio iónico es un proceso reversible por el cual las partículas sólidas del suelo adsorben iones de la fase acuosa, liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes, estableciéndose el equilibrio entre ambas fases. Las teorías que explican el intercambio iónico son: la teoría de la red cristalina, la teoría de la doble capa eléctrica y la teoría de la membrana semipermeable.
El pH del suelo hace referencia al grado de acidez o basicidad del mismo, y condiciona las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, así como su uso agronómico. La mayoría de las plantas prefieren rangos de pH entre 5.5 y 7.5, pero algunas especies pueden adaptarse a suelos ácidos o alcalinos. El pH influye sobre la movilidad y disponibilidad de los diferentes elementos del suelo, afectando directamente el crecimiento vegetal. Cada cultivo tiene un rango de pH más deseable para optimizar su crecimiento, lo cual se detalla en una tabla incluida en el texto. La génesis del suelo también se ve influenciada por la acidez o alcalinidad de su solución, afectando procesos como la nitrificación y la mineralización de residuos vegetales.
Importancia del pH del suelo en la absorción
de nutrientes por las plantas
Las plantas absorben los nutrientes disueltos en el agua del suelo, y la solubilidad de los nutrientes depende en gran medida del valor de pH. Caracterizar con exactitud la reacción del suelo (pH) tiene como principal objetivo diagnosticar las condiciones que rigen en los procesos edafogenéticos, la translocación de elementos, la disponibilidad de nutrientes, los problemas de toxicidad y la actividad biológica. La medida del pH del suelo en agua es una determinación sencilla, pero de gran valor, ya que sirve como criterio para decidir la necesidad de otros análisis y las técnicas a utilizar. También se puede medir el pH en KCl, que junto con el pH en agua, da una idea del grado de saturación del complejo de cambio. El pH en NaF es útil para detectar la presencia de compuestos amorfos en posibles horizontes espódicos o en andosoles.
La elección del cultivo depende del valor del pH del suelo, por lo que se recomienda elegir cultivos que estén indicados para el rango de pH analizado. Varios factores influyen sobre la acidez de los suelos, como la eliminación de calcio, magnesio y potasio a través de la erosión, lixiviación y recolección del cultivo, y la utilización de fertilizantes acidificantes. El pH del suelo puede ajustarse mediante la aplicación de enmiendas, como cal, dolomítica, piedra caliza y marga, que tienen la capacidad de neutralizar los ácidos del suelo.
Se presenta una tabla con la cantidad (g/ha) de diferentes compuestos puros necesaria para aumentar 1 unidad el pH en suelos arcillosos, vegetales y arenosos. El material calizo más común y económico es la roca caliza agrícola, que puede ser dolomítica (con calcio y magnesio) o calcítica (solo con calcio). La cal incorporada al suelo tiene cinco funciones principales: neutralizar la acidez, mejorar la efectividad de los nutrientes, incrementar la actividad microbiana, intensificar el crecimiento de la planta y aumentar el rendimiento del cultivo.
Los niveles altos de pH en los suelos pueden deberse a diferentes elementos, por lo que hay diversos métodos para su corrección.