La capacidad de intercambio catiónico ( CEC ) es una medida de cuántos cationes se pueden retener en la superficie de las partículas del suelo. [1] Las cargas negativas en la superficie de las partículas del suelo se unen a átomos o moléculas (cationes) con carga positiva, pero permiten que estos se intercambien con otras partículas con carga positiva en el agua del suelo circundante. [2] Esta es una de las formas en que los materiales sólidos en el suelo alteran la química del suelo. La CIC afecta muchos aspectos de la química del suelo y se utiliza como una medida de la fertilidad del suelo , ya que indica la capacidad del suelo para retener varios nutrientes (p. Ej., K + , NH 4 + , Ca 2+) en forma disponible para plantas. También indica la capacidad de retener cationes contaminantes (por ejemplo, Pb 2+ ).
Definición y principios
La capacidad de intercambio catiónico se define como la cantidad de carga positiva que se puede intercambiar por masa de suelo, generalmente medida en cmol c / kg. Algunos textos utilizan las unidades equivalentes más antiguas me / 100g o meq / 100g. La CIC se mide en moles de carga eléctrica, por lo que una capacidad de intercambio catiónico de 10 cmol c / kg podría contener 10 cmol de cationes Na + (con 1 unidad de carga por catión) por kilogramo de suelo, pero solo 5 cmol Ca 2+ (2 unidades de carga por catión). [1]
La capacidad de intercambio catiónico surge de diversas cargas negativas en la superficie de las partículas del suelo, especialmente las de los minerales arcillosos y la materia orgánica del suelo . Las arcillas de filosilicatos consisten en láminas en capas de óxidos de aluminio y silicio . El reemplazo de átomos de aluminio o silicio por otros elementos con menor carga (por ejemplo, Al 3+ reemplazado por Mg 2+ ) puede dar a la estructura de arcilla una carga neta negativa. [2] Esta carga no implica desprotonación y, por lo tanto, es independiente del pH y se denomina carga permanente. [1] Además, los bordes de estas láminas exponen muchos grupos hidroxilo ácidos que se desprotonan para dejar cargas negativas a los niveles de pH en muchos suelos. La materia orgánica también hace una contribución muy significativa al intercambio catiónico, debido a su gran número de grupos funcionales cargados . La CIC es típicamente más alta cerca de la superficie del suelo, donde el contenido de materia orgánica es más alto, y disminuye con la profundidad. [3] La CIC de la materia orgánica depende en gran medida del pH. [1]
Los cationes se adsorben en las superficies del suelo por la interacción electrostática entre su carga positiva y la carga negativa de la superficie, pero retienen una capa de moléculas de agua y no forman enlaces químicos directos con la superficie. [4] Los cationes intercambiables forman parte de la capa difusa por encima de la superficie cargada. La unión es relativamente débil y un catión puede ser fácilmente desplazado de la superficie por otros cationes de la solución circundante.
PH del suelo
La cantidad de carga negativa de la desprotonación de grupos hidroxi de arcilla o materia orgánica depende del pH de la solución circundante. El aumento del pH (es decir, la disminución de la concentración de cationes H + ) aumenta esta carga variable y, por lo tanto, también aumenta la capacidad de intercambio catiónico.
Medición
La capacidad de intercambio catiónico se mide desplazando todos los cationes unidos con una solución concentrada de otro catión y luego midiendo los cationes desplazados o la cantidad de catión añadido que se retiene. [1] El bario (Ba 2+ ) y el amonio (NH 4 + ) se utilizan con frecuencia como cationes intercambiadores, aunque hay muchos otros métodos disponibles. [4] [5]
Las mediciones de CIC dependen del pH y, por lo tanto, a menudo se realizan con una solución tampón a un valor de pH particular. Si este pH difiere del pH natural del suelo, la medición no reflejará la verdadera CIC en condiciones normales. Estas medidas de CEC se denominan "CEC potencial". Alternativamente, la medición al pH del suelo nativo se denomina "CIC efectiva", que refleja más fielmente el valor real, pero puede dificultar la comparación directa entre suelos. [1] [5]
Valores típicos
La capacidad de intercambio catiónico de un suelo está determinada por los materiales que lo componen, que pueden variar mucho en sus valores de CIC individuales. Por lo tanto, la CIC depende de los materiales parentales a partir de los cuales se desarrolló el suelo y de las condiciones en las que se desarrolló. Estos factores también son importantes para determinar el pH del suelo, que tiene una gran influencia en la CIC.
Orden de taxonomía de suelos | CIC (cmol c / kg) |
---|---|
Ultisoles | 3,5 |
Alfisoles | 9 |
Spodosoles | 9.3 |
Entisoles | 11,6 |
Molisoles | 18,7 |
Vertisoles | 35,6 |
Histosoles | 128 |
Saturación de base
La saturación de bases expresa el porcentaje de CEC potencial ocupado por los cationes Ca 2+ , Mg 2+ , K + o Na + . [1] [4] Estos se denominan tradicionalmente "cationes básicos" porque no son ácidos, aunque no son bases en el sentido químico habitual. [1] La saturación de bases proporciona un índice de meteorización del suelo [4] y refleja la disponibilidad de nutrientes catiónicos intercambiables para las plantas. [1]
Capacidad de intercambio de aniones
Las cargas positivas de los minerales del suelo pueden retener aniones por el mismo principio que el intercambio catiónico. Las superficies de caolinita, alofano y óxidos de hierro y aluminio suelen tener cargas positivas. [1] En la mayoría de los suelos, la capacidad de intercambio catiónico es mucho mayor que la capacidad de intercambio aniónico, pero lo contrario puede ocurrir en suelos altamente meteorizados, [1] como los ferralsoles ( oxisoles ).
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j k l Brady, Nyle C .; Weil, Ray R. (2008). La naturaleza y propiedades de los suelos (14ª ed.). Upper Saddle River, Estados Unidos: Pearson.
- ^ a b Birkeland, Peter W. (1999). Suelos y geomorfología (3ª ed.). Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford.
- ^ Zech, Wolfgang; Schad, Peter; Hintermeier-Erhard, Gerd (2014). Böden der Welt (en alemán) (2ª ed.). Berlín: Springer Spektrum.
- ^ a b c d Schaetzl, Randall J .; Thompson, Michael L. (2015). Suelos: Génesis y geomorfología (2ª ed.). Cambridge: Cambridge University Press.
- ^ a b Pansu, Marc; Gautheyrou, Jacques (2006). Manual de análisis de suelos . Berlín: Springer-Verlag. págs. 709–754.
- ^ Carroll, D. (1959). "Intercambio catiónico en arcillas y otros minerales". Boletín de la Sociedad Geológica de América . 70 (6): 749–780. doi : 10.1130 / 0016-7606 (1959) 70 [749: ieicao] 2.0.co; 2 .
- ^ "Cationes y capacidad de intercambio catiónico" . Consultado el 23 de junio de 2017 .
- ^ Holmgren, GGS; Meyer, MW; Chaney, RL; Daniels, RB (1993). "Cadmio, plomo, zinc, cobre y níquel en suelos agrícolas de los Estados Unidos de América". Revista de Calidad Ambiental . 22 (2): 335–348. doi : 10.2134 / jeq1993.00472425002200020015x .
Referencias generales
Ramos, FT; Dores EFGC; Weber OLS; Beber DC; Campelo Jr JH; Maia JCS (2018) "La materia orgánica del suelo duplica la capacidad de intercambio catiónico del suelo tropical bajo la labranza cero en Brasil". J Sci Food Agric. 10.1002 / jsfa.8881