Exercícios prova e apostilas

Exercícios

1. Cite 3 fatores que afetam a adsorção e troca de cátions de um solo e explique a ação de dois deles.

Resposta:

• pH do solo: altera a carga elétrica dos óxidos de Fe e Al: Gibbsita (Al2O3.3H2O), Goethita (Fe2O3.H2O), Hematita (Fe2O3)
• 》 Em pH ácido, esses óxidos ficam com carga positiva e promovem a adsorção (CTA);
• 》 Em pH básico, esses óxidos ficam com carga negativa, promovendo a troca de íons (CTC);
• 》 O excesso de H+ em pH ácido também se ligam aos colóides (carregados negativamente), mas são ligações fracas.
• Assim, em solos ácidos, a capacidade da argila atrair cátions é reduzida porque as partículas são neutralizadas por íons de H+; já em solos básicos, a troca de cátions é maior e assim o solo tem mais capacidade de fornecer nutrientes às plantas;
• concentração na solução: em solo ácido, alta concentração de Al³⁺, Fe³⁺, Mg²⁺, H⁺…, a ligação é mais forte quanto maior a valência (3+, 2+) e menor raio iônico de hidratação. Os íons trocáveis são monovalentes, podendo ir e voltar pra solução.
• teor de matéria orgânica do solo (MOS): contém grupos funcionais com cargas negativas capazes de reter mais cátions (como cálcio, magnésio, potássio e sódio), aumentando o CTC do solo.
• natureza da fase sólida: caulinita tem CTC baixa, predominando a adsorção ou CTA; já a montmorilonita alta CTC, predominando a troca de íons, MOS ainda duas vezes maior CTC qva motmorilonita
• natureza dos cátions trocáveis:
• ☆granulometria e quantidade de argila: pois na fração fina, a argila é a de menor diâmetro e de maior área específica, uma partícula colóide com carga negativa e cinética, se ligando com cátions, aumentando o CTC do solo;
• 》 reações físico-químicas e microbiológicas
• 》 independe do pH do solo, a carga negativa é gerada pela dissociação da hidroxila (OH) na formação da argila silicatada, 1:1 ou 2:1
• 》 argilas não-silicatadas não geram carga elétrica

2. Por que o solo é um sistema trifásico e coloidal? Quais as características de um coloide? Que fração do solo apresenta comportamento de um colóide?

Resposta:

• trifásico porque possui a fase sólida (partículas minerais e orgânicas, MOS), líquida (solução do solo) e gasosa (poros do solo, respiração e troca gasosa).
• sistema coloidal: a argila presente na fase sólida, assim como o húmus da MOS, interagem com a água e tem alta área superficial, assim como carga superficial negativa. Possui movimento browniano. Logo, criam um sistema coloidal com capacidade de troca catiônica.
• argilas e húmus da MOS.

3. Calcule a Soma de Bases (S), Capacidade de Troca de Cáticos (CTC) Total e Efetiva, Saturação em Bases (V%), saturação por alumínio e Tipo de argila para os resultados da análise do solo abaixo, sabendo que:

Dados:
Ca²⁺: 4,0 cmol Kg^-1; Mg²⁺: 2,0 cmol Kg^-1; K⁺: 0,5 cmol Kg^-1; Na⁺: 0,05 cmol Kg^-1; Al³⁺: 2,5 cmol Kg^-1; H+Al: 8,0 cmol Kg^-1; CO: 1,5%; Argila: 35%

Componente:
Caulinita: 3-15 cmol Kg^-1; Ilita: 20-40 cmol Kg^-1; Montmorilonita: 80-120 cmol Kg^-1; Vermiculita: 100-500 cmol Kg^-1; Matéria Orgânica: 250 cmol Kg^-1

Cálculos:

1. Soma de Bases (S)

A Soma de Bases (S) é a soma das concentrações dos cátions básicos (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ e Na⁺).

S=Ca²⁺+Mg²⁺+K⁺+Na⁺
S=4,0 + 2,0 + 0,5 +0,05
S= 6,55 cmol_c kg^-1

2. Capacidade de Troca de Cátions (CTC)

A CTC pode ser calculada de duas formas:

• CTC Efetiva (CTCe): Soma da Soma de Bases (S) e do alumínio trocável (Al³⁺).
  CTC_e = S + Al³⁺
  CTC_e ​= 6,55 + 2,5
  CTC_e = 9,05 cmol_c kg⁻¹
  
• CTC Total (CTCt): Soma da Soma de Bases (S) e do H + Al
  CTC_t = S+(H+Al)
  CTC_t = 6,55 + 8,0
  CTC_t = 14,55 cmol_c kg⁻¹

3. Saturação em Bases (V%)

A saturação em bases (V%) é a razão entre a Soma de Bases (S) e a CTC Total (CTCt), expressa em porcentagem.

V%= S/CTC_t × 100
V% = (6,55/14,55)×100
V% ≈ 45,01%

4. Saturação por Alumínio (m%)

A saturação por alumínio (m%) é a razão entre o alumínio trocável (Al³⁺) e a CTC Efetiva (CTCe), expressa em porcentagem.

m% = (Al³⁺/CTC_e)×100
m% = (2,5/9,05)×100
m% = ≈27,62%

5. Tipo de Argila

Para determinar o tipo de argila predominante, precisamos comparar a CTC total com os valores típicos de CTC para diferentes tipos de argilas, matéria orgânica e conteúdo de argila.

• Contribuição da matéria orgânica (MO):
  CTC_MO = CTC_MO × %MO
  Como a CTC da matéria orgânica é de 250 cmolc kg-1, com 1,5% de carbono orgânico:
  CTC_MO= 250 × 1,5/100
  CTC_MO=3,75 cmolc kg−1
• Contribuição da argila (CTC residual):
  A contribuição da argila é a diferença entre a CTC total e a CTC atribuída à matéria orgânica:
  CTC_argila = CTC_t−CTC_MO
  CTC_argila = 14,55 – 3,75
  CTC_argila= 10,8 cmolc kg−1

Como a CTC total da argila residual é de 10,8 cmolc kg-1 e está dentro do intervalo de 3-15 cmolc kg-1, o tipo de argila predominante neste solo é caulinita.

Resumo dos Resultados

• Soma de Bases (S): 6,55 cmolc kg-1
• CTC Efetiva (CTCe): 9,05 cmolc kg-1
• CTC Total (CTCt): 14,55 cmolc kg-1
• Saturação em Bases (V%): 45,01%
• Saturação por Alumínio (m%): 27,62%
• Tipo de Argila: Caulinita

4. Quais as diferenças estruturais entre os dois principais grupos de argilas
silicatadas?

• argilas de camadas única: camada tetraédrica de silício (SiO4) em rede hexagonal acima OU abaixo de camada octaédrica de alumínio ou magnésio (AlO6 ou MgO6). Exemplo caulinita.
  • Baixa CTC, porque sua estrutura é mais simples e tem menor área superficial
  • Baixa expansibilidade
• argilas de camadas duplas ou múltipla: alterna múltiplas camadas, sendo ora tetraédrica de silício (SiO4) e ora octaédricas de alumínio ou magnésio (AlO6 ou MgO6). Exemplo montmorilonita.
  • Alta CTC, maior área superficial
  • Alta expansibilidade, maior pegajosidade e elasticidade

5. Por que a Caulinita é o mineral de argila silicatadas mais comum nos trópicos úmidos? Qual a relação entre a sua composição química com a ação do intemperismo?

Resposta:

Nos trópicos úmidos, a caulinita [Al₂Si₂O₅(OH)₄] é comum devido ao intenso intemperismo químico provocado pelas altas temperaturas e umidade, que decompõem minerais primários como feldspatos e outros silicatados em produtos mais estáveis.

• intemperismo químico intenso: temperatura elevada e muita umidade. chove muito, alta lixiviação, removendo cátions do solo.
• presença de ácidos orgânicos no solo:
• baixa CTC

6. Você acha que é possível modificar a quantidade de cargas elétricas do solo?

Resposta:

Sim, acho que seria possível através de práticas de manejo e técnicas como ajuste de pH e adição de MO. O ajuste do pH altera as cargas dos óxidos de Fe e Al

7. Quais dos tipos é possível de ser mudado e por quê? Em termos práticos, como isso seria possível?

Resposta:

As cargas elétricas no solo são principalmente influenciadas pela capacidade de troca catiônica (CTC) e pela carga superficial das partículas do solo, que são afetadas por fatores como o tipo de argila, o teor de matéria orgânica e o pH. Logo, seria possível modificar a quantidade de cargas elétricas:

• ajustando o pH do solo: em solos ácidos, a aplicação de calcário (carbonato de cálcio) pode elevar o pH e, assim, alterar a carga superficial das partículas, aumentando a capacidade de troca catiônica.
• adicionando matéria orgânica: contribui com grupos funcionais carregados negativamente, como carboxilas e fenóis, que melhoram a capacidade de troca catiônica e a retenção de cátions.
• práticas de manejo do solo que promovem a saúde e a estrutura do solo: cobertura do solo

8. Analise a frase: “o íon alumínio presente no interior dos octaedros das argilas silicatadas pode ser trocado pelo hidrogênio ou qualquer outro cátion da solução do solo”. Ela está correta? Por quê?

Resposta:

A frase está incorreta, porque o íon alumínio (Al³⁺) ou magnésio (Mg²⁺) está localizado no interior dos octaedros, e sua posição é bastante estável devido à estrutura cristalina rígida. A troca catiônica ocorre principalmente na superfície das partículas de argila e não dentro das estruturas octaédricas internas.

9. Você aprendeu que a maior parte dos minerais primários, aqueles que se concentram na fração areia do solo, apresenta substituições isomórficas. Entretanto, diferentemente dos minerais da fração argila, eles praticamente não contribuem para a CTC dos solos. Por que isso ocorre?

Resposta:

Os minerais da fração areia, que incluem a maior parte dos minerais primários, como quartzo, feldspatos e micas, apresentam substituições isomórficas em sua estrutura cristalina. Isso significa que átomos em sua estrutura podem ser substituídos por outros de tamanho similar, o que pode introduzir cargas negativas nos minerais. Entretanto, apesar dessas substituições, os minerais da fração areia praticamente não contribuem para a CTC do solo por algumas razões principais:

• tamanho, baixa área superficial específica
• estrutura cristalina, mais resistente à intemperização química
• localização das cargas, muitas vezes incorporadas na estrutura interna do cristal

10. Quais as maiores influências do pH do solo nos fenômenos de troca de seus íons?

O pH do solo regula a CTC, a disponibilidade de nutrientes, a toxicidade de certos íons e as interações com a matéria orgânica, todos elementos cruciais para a saúde e a produtividade das plantas. Quanto mais ácido, maior a presença de íons H+ (e Al3+) que se ligam aos colóides, diminuindo o CTC do solo. Assim, ao aumentar o pH (neutralizar ou alcalinizar), aumenta-se a capacidade de CTC do solo porque a solução não será tão rica em hidrogênio.

• no solo ácido, tem-se mais ferro, manganês, cobre e zinco; já o fósforo, cálcio e magnésio tendem a ser lixiviados; tem maior troca anionica, como NO-3 e fosfato H2PO4-

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