Minerales Primarios y Secundarios Del Suelo
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FRACCIÓN INORGÁNICA
FRACCIÓN INORGÁNICA
90% de la fase sólida Propiedades Tamaño Área superficial Carga
MINERALES PRIMARIOS
Nombre
Fórmula química
Cuarzo
SiO2
Moscovita
KAl2(AlSi3O10 )(OH)2
Biotita
K(Mg,Fe)3(AlSi3O10 )(OH)2
Feldespatos Ortoclasa Microclina Albita Anfíboles Tremolita
KAlSi3O8 KAlSi3O8 NaAlSi3O8
Piroxenos
Ca2Mg5Si8O22 (OH)2
Enstatita
Diopsida
MgSiO3
Rodonita
CaMg(Si2O6)
Olivino
MnSiO3
Epídota
(Mg,Fe)2SiO4
Turmalina
Ca2(Al,Fe)3Si3O12 (OH)
Zircón
(Na,Ca)(Al,Fe3+ ,Li,Mg,)3Al6(BO3)3(Si6O18 )(OH)4
MINERALES PRIMARIOS
anfibol
cuarzo
moscovita
feldespato de K
MINERALES PRIMARIOS
olivino
piroxenos
MINERALES PRIMARIOS
Principalmente feldespatos: tetraedros unidos de SiO4 y AlO4. Si el Al3+ sustituye al Si4+ , se crea una deficiencia de carga positiva
cavidades que pueden acoger Ca2+ , Na+, K+ o Ba2+ para mantener la electroneutralidad.
MINERALES PRIMARIOS
Si
OH
O
Al, Mg, etc.
MINERALES PRIMARIOS
Piroxenos y anfíboles minerales ferromagnesianos con estructura simple y doble respectivamente de cadenas de tetraedros unidos .
MINERALES PRIMARIOS
Olivinos: neosilicatos de color verde en los que el Mg2+ y el Fe2+ están coordinados octaédricamente con átomos de O. Importantes en las rocas ígneas Fuente de micronutrientes Se presentan en el suelo en cantidades menores que los piroxenos y anfíboles.
MINERALES SECUNDARIOS
Nombre
Fórmula química
Minerales de arcilla Caolinita Montmorillonita Vermiculita
Si4Al4O10 (OH)8 Mx(Al,Fe2+ ,Mg)4(Si,Al)8O20 (OH)4 (M=catión entre capas)
Chlorita
(Al,Fe2+ ,Mg)4(Si,Al)8O20 (OH)4
Alófana
[MAl(OH)6](Al,Mg)4(Si,Al)8O20 (OH,F)4
Imogolita
Si3Al4O12 .nH2O
Goethita
Si2Al4O10 .5H2O
Hematita
FeOOH
Maghemita
α -Fe2O3
Ferrihidrita Bohemita Gibbsita Pirolusita Birnesita
γ -Fe2O3 Fe10 O15 .9H2O γ -AlOOH Al(OH)3
Dolomita
β -MnO2
Calcita
δ -MnO2
Yeso
CaMg(CO3)2
MINERALES SECUNDARIOS
Arcilla: nombre general para el material inorgánico de diámetro inferior a 2µ m Mineral de arcilla: tipo específico de minerales que aparecen en esta fracción.
Muy importantes en la química del suelo
MINERALES DE ARCILLA
ARCILLAS lámina tetraédrica
O2Si4+
lámina octaédrica
XbMm+
ARCILLAS
lámina 1:1
lámina 2:1
lámina 2:1:1
ARCILLAS
sustituciones isomórficas: sustitución de un ion en la red cristalina por otro de tamaño similar, de manera que no hay alteración de la estructura cristalina.
ARCILLAS
sustituciones isomórficas: -En la capa tetraédrica, el Al3+ puede sustituir al Si4+ e incluso el P. -En la capa octaédrica el Al3+ puede ser sustituido, por Fe2+ , Fe3+ , Mg2+ , Ni2+ , Zn2+ , o Cu2+ .
ARCILLAS
sustituciones isomórficas: Como resultado aparece una carga neta negativa que se asocia con los 6 oxígenos o hidroxilos de los octaedros y con los cuatro oxígenos de los tetraedros.
ARCILLAS
H2O inferior H2O superior OH inferior OH superior
AluminolCentro ácido de Lewis
H2O
Silanol H+
O OH Al Si
ARCILLAS 1:1 Arcillas 1:1 (caolinita-serpentina) caolinita: Si4IV Al4VI O10 (OH)8 Capas unidas por enlaces de hidrógeno, No hay espacios entre las capas. Sustituciones isomórficas, escasas. Otros caolines: dicktita, nacrita y halloisita
ARCILLAS 1:1 Caolinita
0,270 nm
0,230 nm
O OH
0,210 nm
Al Si
ARCILLAS 1:1 Caolinita
ARCILLAS 1:1 Arcillas 1:1 (caolinita-serpentina) halloisita: Al2Si2O5(OH)4.2H2O -moléculas de agua entre cada capa 1:1 -capacidad de adsorber grandes cantidades de cationes monovalentes como el NH4+. -cuando se seca, las moléculas de agua pueden eliminarse y la estructura se colapsa
ARCILLAS 1:1 Halloisita
0,210 nm
0,560 nm
0,230 nm
ARCILLAS 1:1 Halloisita
ARCILLAS 2:1
Grupo de la Pirofilita-Talco: Si8IV Al4VI O20 (OH)4. Sin sustituciones isomórficas No existe espacio entre láminas Los bordes de la pirofilita pueden ejercer una influencia significativa en la retención de metales y sobre otras propiedades físicas de la arcilla.
ARCILLAS 2:1
ARCILLAS 2:1 Grupo de la Esmectita-Saponita -carga de 0.2-0.6 por unidad de fórmula de semicelda. Esmectitas: montmorillonita, beidellita y nontronita montmorillonita M0,33 ,H2OAl1.67 (Fe2+ ,Mg2+ )0.33 Si4O10 (OH)2, donde M es un catión intercambiable metálico que se sitúa en el espacio entre capas.
ARCILLAS 2:1 Grupo de la Esmectita-Saponita montmorillonita En la capa octaédrica 0,33 Al han sido sustituidos por iones divalentes, la carga neta de esta capa es -0,33 y debe ser neutralizada por los 0,33 cationes M+. Presencia entre capas de moléculas de agua, Capacidad contraerse
de
expansionarse
y
ARCILLAS 2:1 Grupo de la Esmectita-Saponita montmorillonita La diferencia entre capas depende del catión de intercambio que se sitúe entre capas 0,550 nm (1,2 nm total) Na 0,850 nm (1,5 nm total) Ca Por pérdida del agua y de los cationes en el espacio interlaminar el grosor se reduce a 0,960 nm.
ARCILLAS 2:1 Montmorillonita
Cationes intercambiables nH2O
O;
Si, ocasionalmente Al;
OH;
Al,Fe, Mg
ARCILLAS 2:1
ARCILLAS 2:1 Grupo de la Esmectita-Saponita beidellita y nontronita nontronita La sustitución isomórfica tiene lugar en la capa tetraédrica (Al3+ sustituye a Si4+ ). La nontronita es un mineral rico en Fe, siendo el Fe3+ el que predomina en la capa octaédrica.
ARCILLAS 2:1 Grupo de la Esmectita-Saponita Saponitas: saponita: sustituciones isomórficas tienen lugar en la capa tetraédrica hectorita: contiene Li las sustituciones ocurren en la capa octaédrica.
ARCILLAS 2:1 Esmectitas
ARCILLAS 2:1 Micas icas elevada carga, (1.0 por unidad de semicelda) pueden ser dioctaédricas: moscovita y paragonita (Na) trioctaédricas: lepidolita
biotita,
flogopita
y
contienen K+ interlaminar para compensar la carga negativa acumulada por sustituciones isomórficas.
ARCILLAS 2:1
K+
O OH Al Si
ARCILLAS 2:1
Micas
biotita
moscovita
ARCILLAS 2:1
Micas Conforme se meteorizan, el K no intercambiable va siendo utilizado por las plantas. La meteorización transforma a las micas en arcillas parcialmente expansibles: vermiculita o ilita.
ARCILLAS 2:1
meteorización micas 10% K 6-8%K
hidromicas
minerales de trans. 3%K 4-6%K
illita
montmorillonita o vermiculita
ARCILLAS 2:1
Conforme avanza el proceso, el K se intercambia con otros iones como Na+, Mg2+ o Ca2+
ARCILLAS 2:1
Cuanto mayores son los iones que se introducen en las láminas del silicato, mayor es la liberación de K+
ARCILLAS 2:1
Grupo de la Vermiculita rupo de la Vermiculita Tanto las vermiculitas dioctaédricas como las trioctaédricas poseen una carga elevada, entre 0.6 y 0.9 por unidad de semicelda.
ARCILLAS 2:1 Grupo de la Vermiculita rupo de la Vermiculita vermiculita dioctaédrica: se caracteriza por las sustituciones tanto en la capa octaédrica como en la tetraédrica, vermiculita trioctaédrica: sólo presenta sustituciones en la capa tetraédrica.
ARCILLAS 2:1
Arcillas 2:1 Grupo de la Vermiculita rupo de la Vermiculita Tienen estructura laminar, Poseen agua interlaminar El potasio, se sustituye por otros cationes interlaminares. Las vermiculitas tienen menos carga que las micas El Fe2+ de la capa octaédrica se oxida a Fe3+ .
ARCILLAS 2:1 Vermiculita
Capa tetraédrica de Si
Moléculas de agua orientadas
Capa tetraédrica de Si
ARCILLAS 2:1 Arcillas 2:1 Grupo de la illita Grim y col (1937) denominaron de esta manera a partículas de mica de tamaño arcilla, que se encontraban en rocas arcillosas. Otro nombre que se han utilizado en lugar de illita son: hidromica, hidromoscovita, K-mica, etc. Posee una carga de alrededor de 0.8 unidades por semicelda.
ARCILLAS 2:1
Grupo de la illita La illita contiene más Si4+ , Mg2+ , y agua y menos Al3+ y K+ que la moscovita. El K+ es el ion interlaminar predominante junto a Ca2+ y Mg2+ El NH4+ no se encuentra nunca en la illita
ARCILLAS 2:1
illita
ARCILLAS 2:1 illita
ARCILLAS 2:1:1
Grupo de la clorita La estructura es compacta, no expandible
ARCILLAS 2:1:1 Clorita
O;
Si;
OH;
Al
minerales de arcilla intergrado vermiculita
intergrado
catión de cambio
Al-clorita
hidróxido de Al
minerales de arcilla interestratificados illita illita expandida al margen
illita expandida
interestratificación de illita, illita expandida, y de estratos de vermiculita o montmorillonita montmorillonita o vermiculita
K+ cationes de cambio
Alófana Se forman de cenizas volcánicas principales constituyentes de los suelos desarrollados en condiciones ándicas. También en la fracción arcilla de muchos suelos no volcánicos. SiO2/Al2O3 varía entre 0,84 y 2 El Al se encuentra tanto en coordinación octaédrica como tetraédrica. Particulas esféricas de 30-50 nm de diámetro
Imogolita Relación SiO2/Al2O3 de 1 El Al se encuentra únicamente en coordinación octaédrica. Poca carga debido a sustituciones isomórficas, pero adsorbe cantidades sustanciales de cationes monovalentes. Estructura filamentosa. Tubos paralelos de 20 nm de diámetro.
Minerales de arcilla fibrosos
No poseen continuas.
capas
octaédricas
Contienen tiras de silicatos 2:1, unidas por inversión de los tetraedros silicato a lo largo de una serie de enlaces Si-O-Si.
Óxidos, hidróxidos y oxohodróxidos
Óxidos de Al, Fe y Mn El término general de óxidos se refiere a hidróxidos metálicos, oxohidróxidos y óxidos hidratados (que contienen estequiométrica estructura).
agua en
no su
Papel fundamental en la química de los suelos. Elevada superficie reactividad.
específica
Aparecen en todos los suelos: • • •
Cristales discretos, Recubriendo filosilicatos sustancias húmicas, Mezclas de geles.
y
y
Óxidos de Aluminio Fundamentalmente Gibbsita
Óxidos de Hierro Fundamentalmente goethita, hematita, magnetita
Sustituciones: Al3+ Mn3+ Cr2+
Óxidos de Hierro
Goethita, FeOOH
Hidroxilos superficiales A B C
centro ácido de Lewis
O Fe
H
Óxidos de Hierro
hematita
Óxidos de Hierro
Óxidos de Hierro
Óxidos de Hierro
Óxidos de Manganeso
Muy comunes en los suelos. Fuente de Mn, un nutriente esencial para las plantas. Pueden adsorber en su superficie metales pesados y son oxidantes naturales de ciertos metales como As3+ y Cr3+ . Aparecen en el suelo recubriendo partículas, en las fracturas, y formando nódulos de hasta 2 cm de diámetro. La mayoría de los óxidos de Mn son amorfos.
Óxidos de Manganeso La birnessita (Na0.7 , Ca0.3 )Mn7O14 .2,8 H2O) es el óxido de Mn que prevalece . Hojas de octaedros MnO6, (Fig. con huecos catiónicos en 1 de cada 6 octaedros y con iones Mn2+ y Mn3+ situados entre las capas por encima y por debajo de esto huecos. El Na y el Ca presentes en la fórmula no son imprescindibles
Óxidos de Manganeso
Carbonatos y Sulfatos
Carbonatos y Sulfatos
Calcita CaCO3
Magnesita MgCO3 Mg(OH)2
Carbonatos y Sulfatos
Dolomita CaMg(CO3)2
Siderita FeCO3
Rodocrosita MnCO3
Carbonatos y Sulfatos
Yeso CaSO4.H2O
Propiedades de la Fracción Inorgánica
Superficie específica Carga
Superficie específica
área superficial externa
área superficial interna
Superficie específica
Fracción Mineralógica Arena gruesa Arena fina Limo Caolinita Illita Vermiculita Montmorillonita sódica Alófana Óxidos amorfos de Fe y Al
Área Superficial Específica 0,01 0,1 1,0 5-100 100-200 300-500 700-800 200-500 100-300
Carga
carga permanente o constante: debida a las isomórficas
sustituciones
se desarrolla cuando forma el mineral. clorita, mica, vermiculita
esmectita
se y
Carga
carga variable o dependiente del pH. debida a reacciones de protonación y desprotonación de grupos funcionales que se encuentran en las superficies minerales caolinita, óxidos, silicatos laminares recubiertos de óxidos y de la materia orgánica.
Carga
carga superficial µ mol m-2
Goethita
Criptomelano
Birnesita
pH
CIC
capacidad de catiónico del suelo.
intercambio
La carga negativa que resulta de las sustituciones isomórficas y de la desprotonación de los grupos funcionales, se neutraliza con carga positiva en forma de cationes intercambiables.
CIC
Mineral Caolinita Halloisita Talco Montmorillonita Vermiculita dioctaédrica Vermiculita trioctaédrica Moscovita Biotita Clorita Alófana
CIC (cmol/kg) 2-15 10-40
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