Adsorción, precipitación, disolución y complejación

Ciclo de fósforo

Adsorción

Definiciones

Adsorción = retención de iones o moléculas en la superficie

Absorción = retención de iones o moléculas dentro de otro material (por ejemplo, retención de agua por esponja)

Sorción de anionesFuente de carga positiva en suelos:

Óxidos de Fe y Al

Arcillas amorfas (imogolita y alófana)

Bordes laterales de caolinita

Sorción de aniones

Los suelos predominantes en óxidos de Fe y Al y arcillas amorfas tienen una capacidad de sorción de aniones mucho mayor que la cantidad de aniones requeridos para neutralizar la carga positiva superficial

En estos suelos, aniones (como fosfato y arseniato) están retenidos por el mecanismo de quimisorción (o adsorción específica)

Quimisorción (adsorción específica) = transferencia irreversible de iones y/o moléculas de la fase liquida a la fase sólida

Sorción de aniones

Sorción de fosfato PO43-

Desde el punto de visto agronómico, el fosfato es el ejemplo más importante de aniones sorbidos en manera específica

Fósforo es muy deficiente en los suelos tropicales

La estimación de suministro del P del suelo

Método Olsen: extracción con NaHCO3 0,5 M a pH 8,5

Un suelo debe tener un nivel mínimo de 15 mg/kg de P-Olsen en los primeros 20 cm para ser productivo en cultivos extensivos

Capacidad tampón de fósforo (CP)

Capacidad tampón de fósforo = kg de fósforo que es necesario agregar a 1 ha de suelo para aumentar en 1 mg/kg el P-Olsen hasta una profundidad de 20 cm

Determinación de la capacidad tampón de fósforo: incubación del suelo con concentraciones crecientes de P a 60ºC durante 24 horas (esta incubación equivale a 1-3 meses a 25ºC)

Concepto de Andisol

Ando = suelo oscuro en japonés

Los Andisoles son suelos desarrollados a partir de materiales volcánicos modernos, de colores oscuros

Andisoles

Suelo Andisol, serie Santa Barbara, camino a los Termas de Chillán (VIII región)

Horizonte A:

pH (H2O) = 5,6

pH (KCl) = 5,0

Andisoles

Suelo Andisol, serie Bramadero, este de San Clemente (VII región)

Capacidad tampón de fósforo (CP): Estudio de caso de algunos Andisoles de Chile

Para aumentar el P-Olsen a 15 mg/kg en los primeros 20 cm:

Suelo 1: CP = 10, P-Olsen = 6 mg/kg: debe agregarse 90 kg/ha P = 448 kg/ha de superfosfato triple [Ca(H2PO4)2]3

Suelo 20: CP = 41, P-Olsen = 3 mg/kg: debe agregarse 492 kg/ha P = 2,45 ton/ha de superfosfato triple: esta fertilización es impracticable

Importancia de quimisorción en suelos

La quimisorción, como el intercambio de iones, es uno de los procesos químicos más importantes en suelos

La quimisorción determina cantidad de especies retenidas en la superficie y afecta la disponibilidad y el transporte de nutrientes

Precipitación y disolución

pH = - log a (H+)

Iones en solución: Concepto de actividad

Actividad = concentración “effectiva”

a = C, donde:

a = actividad

C = concentración

= coefficiente de actividad

Actividad es igual a la concentración en soluciones diluidas

En general, actividad es inferior a la concentración en soluciones concentradas

Solubilidad

Reacción de disolución de gibsita: Al(OH)3 = Al3+ + 3OH-

Producto de solubilidad: Kps = (Al3+)(OH-)3 = 10-34

() = actividad de las especies

Producto de actividad iónica PAI = (Al3+)(OH-)3 en condiciones actuales del solución

Condiciones de precipitación y disolución:

PAI > Kps: solución sobre-saturada, precipitación de mineral

PAI = Kps: equilibrio

PAI < Kps: solución sub-saturada, disolución de mineral

Fosfatos comunes en el suelo

La solubilidad de fósforo en suelos se controla por la solubilidad de fosfatos de Ca, Fe y Al

La estimación de suministro del P del suelo

Método Olsen: extracción con NaHCO3 0,5 M a pH 8,5

En la solución de NaHCO3 a pH 8,5, las concentraciones de Ca, Fe, Al en la solución se reducen por precipitación de CaCO3 e hidróxidos de Al y Fe,

liberando iones de fosfato en la solución

Solubilidad de variscita AlPO4 * 2H2O

En el sistema variscita-solución:

Disminución en la concentración de Al aumenta la concentración de P en la solución = la base del método Olsen

Producto de solubilidad: Kps = (Al3+)(H2PO4-)(OH-)2 = 10-30,5

Efectos del pH sobre adsorción y precipitación de P

Complejación (o complejamiento)

Complejo

Complejo = asociación de aniones con el catión central

Ejemplos: Si(OH)40, Al(OH)2

+, Pb(CO3)22-, MnSO4

0, CdCl20, CdCl3

-

OH-, CO32-, SO4

2-, Cl- son ligandos

Complejación (o complejamiento) = formación de complejos

Quelato

Quelato = ligando con dos (o más) grupos de coordinación

Quelatación (quelación) = formación de una estructura en anillo por un ligando con un ión metálico (caso particular de complejación)

Quela = pinza en griego

Anillo que se forma entre el quelato y el metal es similar en apariencia a los brazos de un cangrejo con el metal en sus pinzas

Quelatos

Importancias de complejación en la nutrición de plantas:

Exudación de ácidos orgánicos

Exudados de raíces de plantas: ácidos cítrico, oxálico, malónico, etc.

Exudación de ácidos orgánicos aumenta en condiciones de estrés por falta de nutrientes

En particular, ácidos orgánicos aumentan disponibilidad de fósforo por complejación con Ca, Al y Fe

HO

O

OH

O OH

O

HO

Estudio de caso: Exudación de citrato por raíces de lupino blanco en respuesta a variaciones en la disponibilidad de fósforo

Mineralización es un proceso que libera elementos de compuestos orgánicos para producir compuestos inorgánicos (que están

disponibles para las plantas)

Inmovilización es un proceso opuesto (por ejemplo, microorganismos incorporan elementos minerales en sus cuerpos)

Mineralización de compuestos orgánicos en el suelo

Ciclo de P

Eficiencia de fertilización fosforada

Depende de:

Retención de P en los suelos

Absorción de P por los cultivos

Alex = Al extractable en acetato de amonio, 1 M, pH 4,8