UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
INFORME Nº 7 DE EDAFOLOGÍA TEMA: DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO
EDAFOLOGÍA PROFESOR: VALENCIA RAMOS, MANUEL
GRUPO: G*
MESA: 4 ALLCCA LUCERO, MAYUMI CORREA GARCIA, JUAN TORRES PAREDES, DAVID
16-11-2012
INTRODUCCION: La determinación de la Capacidad de Intercambio Catiónico (C.I.C.) es de vital importancia si uno desea conocer el potencial fertilizante de su suelo de cultivo. El suelo, que tiene carga negativa efecto de las arcillas y la materia orgánica, reacciona continuamente con los cationes de la disolución de suelo. Estos cationes quedan retenidos, creando, por así decirlo, un potencial catiónico fertilizante. Esto es así, porque son los cationes macronutrientes más importantes en agricultura los son retenidos. Así el Calcio, el Magnesio, el Potasio y la molécula de Amonio (NH4+), no se pierden por lavado y quedan como reserva fertilizante para los cultivos. También son importantes el Hidrógeno, el Sodio y el Aluminio, cuyos efectos son más marcados en el suelo, desde el punto de vista físico-químico. Entendiendo lo anterior, poco cuesta deducir que el valor de la medida de C.I.C. muestra el potencial fertilizante de nuestro suelo, y que, por lo tanto, debemos actuar siempre intentando mantener y mejorar este valor, con prácticas adecuadas de cultivo.
OBJETIVOS:
Aprender a calcular la CIC de un suelo Conocer el procedimiento del método del Versenato Aprender a hacer el lavado del suelo, y hacer pruebas con Oxalato de Amonio
REVISIÓN LITERARIA:
E.A. Fitz Patrick.
Introducción a la Ciencia de los Suelos. Las dos propiedades principales de la capacidad de intercambio catiónico consisten en su capacidad de intercambio catiónico (CIC) y el porcentaje de saturación de bases.
La CIC del suelo, como un todo, es una medida de la capacidad de intercambio o de las cargas negativas de la arcilla y el humus, expresada en miliequivalentes por 100 g de suelo, es decir, mEq/100g. Aproximadamente, la escala de intercambio varía entre menos de 50 mEq/kg de suelo en algunos horizontes inferiores y más de 1000 mEq/kg en los horizontessuperficiales con alto porcentaje de materia orgánica, vermiculita o mentmorilonita.
C.E Millar
Fundamentos de la Ciencia del Suelo. La arcilla y el humus son de suma importancia en los suelos. Debido a que están en estado coloidal, exponen una cantidad relativamente grande de área superficial para la adsorción de agua y iones. Los nutrientes liberados en solución durante la intemperización tienden a ser adsorbidos en las superficies del humus y la arcilla. La fracción coloidal tiene cargas positivas y negativas. Sin embargo, la carga negativa es de mucho mayor magnitud y de mucho mayor significado para el crecimiento de las plantas en la mayoría de los suelos. La capacidad de intercambio de cationes (CIC) es una expresión del número de sitios de adsorción de cationes por unidad de peso del suelo. Se define como la suma total de cationes intercambiables adsorbidos, expresados en miliequivalentes por 100g de suelo secado en el horno. Un equivalente es aquella cantidad químicamente igual a un gramo de hidrógeno. El número de átomos de hidrógeno en un equivalente es igual al número de Avogadro (6.02 x 10 23).Un miliequivalente es igual a 0.001g de hidrógeno. Si existiera un miliequivalente de capacidad de intercambio de cationes en una cucharadita de suelo, contendría 6.02 x 10 20 sitios de adsorción cargados negativamente. Estos números tan grandes, son difíciles de comprender, pero se comprenderán mejor cuando se conviertan en peso de cationes adsorbidos. La capacidad de intercambio catiónico de las fracciones arenosas y limosa no se incluyen en la aproximación de la capacidad de intercambio catiónico debido a que es insignificante. La determinación precisa puede hacerse saturando todas las posiciones intercambiables con un solo catión, tal como el amonio y luego determinando la cantidad total de amonio adsorbido. La capacidad de intercambio catiónico varía desde menos de 5 para suelos que contienen muy poca arcilla o materia orgánica hasta cerca de 200 para suelos orgánicos.
Capacidad de intercambio catiónico de los horizontes de un suelo típico de pradera Mollisol
Cationes intercambiables en me/100g Profundidad Horizonte en plg.
CEC
0-6
A1
6-12
% de saturación pH de bases
Ca
Mg
K
Na
H
24.4
11.3
4.1
0.8
0.2
8.0
67
5.1
A1
24.7
13.2
4.7
0.6
0.2
6.0
75
5.3
12-18
AB
23.0
23.0
5.0
0.5
0.2
4.3
81
5.5
18-36
B2
25.5
25.5
6.5
0.5
0.2
3.3
87
5.2
36-48
B3
25.7
25.7
7.6
0.4
0.2
2.4
91
5.5
48+
C
22.1
22.1
7.2
0.3
0.2
1.0
95
5.8
BOHN Hirinch L.
Química del Suelo. Cuando se miden las relaciones de intercambio catiónico, pueden requerirsetanto las cantidades relativas como las totales de los diversos cationes intercambiables, la reacción de intercambio catiónico se fuerza a terminar mediante cualquiera de los siguientes métodos. En el primero, la muestra de suelo se lixivia exhaustivamente con una solución que contiene un catión de reemplazo, o ión índice que se colocara en todos los sitios de intercambio. Enseguida, los aniones que se hayan desplazado durante el proceso de lixiviación se analizan para determinar la composición inicial del catión intercambiable de la muestra. En el segundo método se necesitan lavados repetidos del lote (varios ciclos que comprenden la adición del catión de reemplazo, agitación, centrifugación y decantación de la solución flotante). El análisis de la solución flotante combinada proporciona las cantidades de los iones intercambiables individuales que están presentes inicialmente. Si hay exceso de ión de reemplazo en cada etapa de lavado, la reacción llega a su terminación.
En la determinación de la CIC, un suelo saturado de un solo ion índice, se lava para dejarlo sin sales solubles y, con frecuencia, se emplean soluciones de alcohol para mantener la muestra floculada y evitar pérdidas del catión índice por hidrólisis: NaX + H2O = HX + Na + + OHDonde X representa la arcilla y Na + es el catión índice. La arcilla que contiene el H+ es inestable y se descompone en forma rápida. La descomposición se describe sencillamente mediante la reacción. HX + Al(OH) 3 = Al(OH)2X + H2O Enseguida, el catión índice se extrae del suelo con otra solución salina. La cantidad de este catión índice en este último extracto es una medida de la CIC. La sal empleada para proporcionar el catión índice deberá ser soluble en el alcohol empleado para el lavado de la muestra. La solubilidad extremadamente baja del cloruro de sodio en etanol ha sido una fuente de error que, con frecuencia, se ha tolerado. Si hay solubilidad limitada, la sal precipita y permanece en las muestra durante las etapas de lavado. Luego se disuelve durante la extracción posterior y aparece como un valor de CIC irregularmente alto. Los suelos que contienen grandes cantidades de óxidos hidratados o minerales amorfos, también pueden retener sales en los microporos de las partículas, de tal manera que dichas sales no se extraerán del todo durante los lavados. Esto también puede ocasionar valores altos del CIC. Con el fin de eliminar los problemas que se presentan en la etapa del lavado en las determinaciones de la CIC, Okasaki. Smith y Moodie propusieron un procedimiento para determinar la CIC en el que las ales no fueran extraídas entre la saturación del catión índice y las etapas de extracción. Mas precisamente, la sal que proporciona el catión índice debe ser tal que su anión también pueda analizarse en el extracto final. Entonces, de acuerdo con la neutralidad eléctrica, la CIC sería igual a la cantidad total de cationes índice removidos durante la extracción menos la cantidad de aniones índice retirados simultáneamente. La principal fuente potencial de error de este procedimiento surge de la repulsión de aniones, si la cantidad de sal índice que permanece después de la saturación se calcula simplemente a partir del peso de la solución retenida y su concentración inicial o media. Este error se reduce si la solución índice disminuye aproximadamente 0.1 M durante los dos valores de saturación finales. En cambio, el error se elimina si se determinan analíticamente las cantidades de la sal índice.
Soriano Soto
Prácticas de Edafología y Climatología. La capacidad de intercambio catiónico de un suelo se define como la capacidad máxima de un suelo de retener cierto número de miliequivalentes de cationes metálicos. Potencialmente el concepto de cambio catiónico en un suelo es un indicador de su fertilidad, aunque un valor alto de este valor no asegura la presencia de alta concentración de nutrientes, pues algunos sitios de cambio están ocupados por H+, Al3+ o nutrientes no esenciales. La determinación de la capacidad total de cambio catiónico (CIC) se realiza midiendo la cantidad total de cargas negativas por unidad de peso del material. El fundamento del método consiste en el desplazamiento de los cationes del complejo del cambio, mediante una solución de una sal con pH regulado, eliminación del exceso de sal por lavado con un disolvente exento de electrolitos y desplazamiento del catión saturante con otra sal, también con pH regulado, y valoración de la concentración del catión desplazado.
MATERIALES: 1) Balanza 2) Equipo de filtración:
3) Erlenmeyer 4) Cloruro de Calcio 1N
5) Muestras de suelo: Problema y Arena
6) Oxalato de Amonio 7) Cloruro de Potasio 2N 8) Vaso de precipitado 9) Pizeta con agua destilada 10) Probeta 11) Bureta 12) Hidróxido de Sodio 4N 13) Purpurato de NH4
PROCEDIMIENTO: El método utilizado en el laboratorio fue el Método del Versenato. 1) 2) 3) 4)
Pesamos 5g de muestra problema, y 5g de muestra de suelo Colocamos cada muestra en su respectivo erlenmeyer Adicionamos 20ml de CaCl2 1N en cada erlenmeyer Agitamos la solución durante 5 minutos aproximadamente
5) Agregamos la solución al embudo, que está con el papel filtro(Filtramos)
6) Desechamos el filtrado y lavamos los vasos con agua destilada 7) Agregamos 20 ml de agua destilada aproximadamente(Lavamos el suelo), y filtramos
8) Repetimos el paso 7 hasta asegurarnos que nuestro suelo este completamente lavado, para esto se hacen pruebas con Oxalato de Amonio, si al agregar el Oxalato de Amonio se forma una sustancia de color blanquecina (Oxalato de Calcio), es porque aun falta lavar nuestro suelo, pero si al agregar el Oxalato de Amonio, sigue cristalino, entonces nuestro suelo estará listo.
9) Colocar cada papel filtro con nuestro suelo adentro, en un erlenmeyer y agregar 20ml de KCl 2N y agitar
10) Filtramos la nueva solución con un nuevo papel filtro, y desechamos nuestras muestras de suelo filtrado.
11) Recibimos el filtrado en vasos y extraemos una alícuota de 5ml, la cual se vierte en una erlenmeyer 12) A cada alícuota le agregamos agua destilada, 1 ml de NaOH 4N y una pizca de Purpurato de NH4
13) Se realiza la titulación con ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), y apuntamos el gasto, la solución tiene que pasar de rosado a violeta.
RECOMENDACIONES:
Cada vez que lavemos un instrumento se debe hacer con agua destilada, sobre todo en esta experiencia, ya que el agua potable común tiene muchos cationes. Asegurarnos que el suelo este bien lavado, hacer las pruebas con Oxalato de Amonio. Tener cuidado al titular, para obtener el verdadero gasto de EDTA. Para que las operaciones sean más exactas, se debería utilizar una balanza digital para calcular el peso.
RESULTADOS: GASTO SUELO VERSENATO 0,02N (ml) Problema 2,8
ml Ca en 20 ml Ca en NORMALIDAD ml 5ml (5g suelo) 0,02 0,056 0,224
CIC (meq/100 gsuelo) 4,48
Arena
0,02
9,12
5,7
0,114
0,456
DISCUSIONES: Según la bibliografía revisada podemos apreciar que en el libro de BOHN HIRINCH L. “QUIMICA DEL SUELO” encontramos otro método de hallar la C.I.C
en el suelo donde nos llamo la atención el uso de alcohol al momento del lavado, una duda al aire fue saber en que afectaba el alcohol en este proceso, acaso es mas rápido, porque en el laboratorio nos tomo mucho tiempo realizarlo. Según E.A. FITZ PATRICK “INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LOS SUELOS y C.E. MILLAR “Fundamentos de la ciencia del suelo, hay mayor C.I.C. en
horizontes superiores veinte veces mas que en horizontes inferiores y en suelos con alta cantidad de arcilla y humus hay considerable C.I.C pues tienen mas área superficial para la adsorción de agua y iones, en la arena y el limo la C.I.C es insignificante. SORIANO SOTO “PRACTICAS DE EDAFOLOGIA Y CLIMATOLOGIA”, en cambio
nos define la C.I.C. como la capacidad de retener cierto numero de equivalentes de cationes metálicos, definición que es cercana a los otros autores, en lo que si concuerdan todos es en la importancia de conocer esta característica y es para medir el grado de fertilidad.
CONCLUSIONES En el estudio de los suelos la medida de la capacidad de intercambio catiónico (C.I.C.) es muy importante, pues nos ayuda a determinar la fertilidad de un suelo, si este esta listo para poder realizar una actividad agrícola o forestal, o si hace falta que sufra algún proceso de mejoramiento, se resalta que debido a que los suelos con alto porcentaje de arcilla y humus, son los mas aptos para realizar una plantación, pues ellos tienen un área superficial mayor a los que poseen limo y arena, esto les permite tener mayor posibilidad de retener agua e iones que facilitaran el crecimiento de la vegetación, en el laboratorio el método es sencillo pero algo tedioso pues el proceso de lavado es lento, puede tomar mucho tiempo pero una vez realizado este proceso, el resto de los pasos son mas agiles.
BIBLIOGRAFÍA: INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA DE LOS SUELOS. E.A FitzPatrick. Editorial Trillas. Impreso en México 1996. Cap. 4 Propiedades del Suelo. Pág. 130. QUÍMICA DEL SUELO. BOHN Hinrich L. Editorial Limusa S.A de C.V. Impreso en México.Primera Edición 1993. Cap. 6 Retención Catiónica. Pág. 201-202. FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA DEL SUELO. C.E. Millar. Compañía Editorial Continental. Impreso en México. 5ta edición diciembre de 1975. Cap. 7 Propiedades químicas y mineralógicas de los suelos.Pág. 200-203. PRÁCTICAS DE EDAFOLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA. Soriano Soto Ma. Alfaomega Grupo Editor, México septiembre del 2004. Primera edición. Práctica 18 Capacidad de Intercambio Catiónico. Pág. 74-76.
