Interacciones entre componentes activos de la fracción coloidal de los suelos

La in es igación de a cillas en geologla, ag icul u a, medio ambien e y ciencia de ma e iales (2002): 141-144 SOCIEDAD ESPAÑOLA DE ARCILLAS INTERACCIONES ENTRE COMPONENTES ACTIVOS DE LA FRACCiÓN COLOIDAL DE LOS SUELOS R. Celis, M. C uz-Guzmán, M.C. He mosin, J. Co nejo Ins i u o de Recu sos Na u ales y Ag obiología de Se illa, CSIC. In oducción Los coloides o ganomine ales na u ales son asociaciones ín imas de pa ículas ino gánicas y ma e ia o gánica en e las que ienen luga muchos y muy a iados ipos de in e acciones. El modelo ac ual de pa ícula coloidal na u al consis e en un núcleo mine al (p.e., ilosilica os) asociado con óxidos, hid óxidos u oxihid óxidos me álicos y odo ello ecubie o en mayo o meno g ado po ma e ia o gánica (1, 2). G an pa e de la supe icie expues a po el coloide co esponde al ecub imien o de ma e ia o gánica y es po es o po lo que se conside a que la ma e ia o gánica es la p incipal esponsable de la eac i idad de las pa ículas coloidales na u ales. En cualquie caso, la explicación a las p opiedades ísico- químicas de los suelos hay que busca las en las ca ac e ís icas y p opiedades de las asociaciones o ganomine ales más que en las de los componen es aislados, ya que los p ocesos de in e asociación pueden al e a en g an medida p opiedades an impo an es como la es uc u a del suelo y su eac i idad en e a los compues os an opogénicos y na u ales que a él llegan. En el p esen e abajo se desc ibe la p epa ación y ca ac e ización de asociaciones bina ias y e ma ias mon mo illoni a-óxido de hie o-ácido húmico con el obje o de p o undiza en los mecanismos de in e acción y pone de mani ies o la impo ancia de dichas in e acciones en algunas de las ca ac e ís icas de los ag egados na u ales. Se desc ibe la sín esis de las pa ículas bina ias y ema ias a pa i de mon mo illoni a (SW), e ihid i a (Fh) y ácido húmico (AH) y su ca ac e ización po análisis elemen al, espec oscopía in a oja, di acción de ayos X, medidas de supe icie especí ica y g ado de asociación. Se discu en además las ca ac e ís icas de las pa ículas p epa adas en elación con asociaciones simila es desc i as en la bibliog a ía. Ma e iales y mé odos Componen es de pa ida. La mon mo illoni a u ilizada ue una mon mo illoni a de Wyoming (SW), mayo i a iamen e sódica, p opo cionada po The Clay Mine als Socie y. El óxido de hie o ue una e ihid i a poco c is alina (Fh), p epa ada en el labo a o io po p ecipi ación de una disolución 0.5 M de Fe(N03h con NaOH has a ajus a el pH a 7.5. El ácido húmico (AH) se ex ajo del ho izon e A (0-15 cm) de un his osol po la me odología usual (3). Complejos mon mo illoni a- e ihid i a (SW-Fh). Se p epa a on po p ecipi ación de e ihid i a "in si u" en una suspensión de a cilla. 10 g de mon mo illoni a (SW) se a a on con 500 mL de disoluciones de Fe(N03h O, 15 y 30 mM y, as agi a las suspensiones du an e 10 min, se adicionó NaOH has a alcanza un pH 7.5. T as agi a du an e 16 h, las asociaciones bina ias esul an es, pa ículas de SW-Fh con ap oximadamen e 0,8 Y 16% de Fh, se dializa on pa a elimina el exceso de sal y pos e io men e se lio iliza on. Complejos mon mo illoni a-ácido húmico (SW-AH). Se p epa a on disoluciones de AH po agi ación de O, 004 Y 0.8 g de AH en 400 mL de agua a pH 10 (NaOH), las cuales ue on neu alizadas con Hel has a alcanza un pH de 6.5. Es as disoluciones de ácido húmico se añadie on a 10 g de mon mo illoni a, agi ando las suspensiones du an e 16 h. Las asociaciones bina ias SW-AH esul an es, con unas concen aciones de AH de O, 4 Y 8% ap oximadamen e, se dializa on pa a elimina el exceso de sal y inalmen e se lio iliza on. 141 R Celis el al. I La in es igación de a cillas en geologla, ag icul u a, medio ambien e y ciencia de ma e iales (2002): 141-144 Complejos e ihid i a-ácido húmico (Fh-AH). Es os complejos se p epa a on de o ma análoga a los complejos SW-AH. Las disoluciones de AH desc i as en el apa ado an e io se añadie on a 10 g de e ihid i a ecién p ecipi ada, las suspensiones se agi a on du an e 16 h Y los complejos bina ios Fh-AH esul an es, con concen aciones de AH de O, 4 Y 8% ap oximadamen e, se dializa on pa a elimina el exceso de sal y se lio iliza on. Complejos e na ios mon mo illoni a- e ihid i a-ácido húmico (SW-Fh-AH). Complejos con los es componen es, mon mo illoni a, e ihid i a y ácido húmico, se ob u ie on a pa i del bina io SW-Fh con mayo con enido en e ihid i a (SW-Fh 1S ), añadiéndole las disoluciones con dis in as concen aciones de AH desc i as an e io men e. Las suspensiones ob enidas se agi a on du an e 16 h, se dializa on y lio iliza on, ob eniéndose pa ículas e na ias SW-Fh-AH con concen aciones de AH de O, 4 Y 8% de AH. Ca ac e ización de las mues as. El con enido en Fe de las mues as se de e minó po ex acción con oxala o (Feo) y con di ioni o-ci a o-bica bona o (Fed) siguiendo el p ocedimien o desc i o po McKeague and Oay (4). El con enido en C se de e minó usando un analizado elemen al Pe kin-Elme , modelo 1106 (Pe kin-Elme Co p., No walk, CT). Medidas de abso bancia a 285 nm se u iliza on pa a de e mina la disminución de la concen ación de las disoluciones de AH as su agi ación en p esencia de los cons i uyen es mine ales. Los alo es de pH se ob u ie on en suspensiones con 100 mg de mues a y 5 mL de CaC!, 0.01 M. La supe icie especí ica de las mues as se ob u o po adso ción de N2 a 77 K usando un equipo Ca io E ba So p oma ic 1900 (Fisons Ins umen s, Milan). Las mues as ue on desgasi icadas a 80°C y equilib adas bajo acío du an e 15 h an es de las medidas de las iso e mas de adso ción de N2• Los es udios de di acción de ayos X se ealiza on en un di ac óme o Siemens 0-5000 (Siemens S u ga ) con adiación CuK •. Los espec os in a ojos con ans o mada de Fou ie se ob u ie on en pas illas de KB en un espec o o óme o Nicole 5PC (Nicole Ins . Co p., WI.). Resul ados y discusión La abla 1 esume las ca ac e ís icas más ele an es de los componen es coloidales de pa ida y las de los complejos bina ios y e na ios p epa ados a pa i de los mismos. Los esul ados del análisis elemen al de las mues as (%Fe y %C) pe mi ie on calcula la p opo ción de cada componen e en los complejos bina ios y e na ios. Es as p opo ciones ue on simila es a las espe adas según las can idades de Fe y AH in oducidas du an e la sín esis, indicando pocas pé didas en el anscu so de la misma. Po o a pa e, es de des aca cómo la elación FeJFed es muy p óxima a la unidad en odos los sis emas que con ienen óxido de hie o, lo que indica la na u aleza amo a de es e mine al en nues as mues as. La es imación del g ado de asociación del AH a los componen es mine ales (SW y Fh) p e io a la lio ilización se ealizó a pa i de medidas de abso bancia a 285 nm de las disoluciones de AH an es y después de pone las en con ac o con las pa ículas mine ales. Los esul ados se dan en la abla 2 y e lejan la ele ada a inidad del ácido húmico po la e ihid i a ecién p ecipi ada a di e encia de su baja a inidad po las pa ículas de Na- mon mo illoni a. Así, la can idad de AH asociado a Na-mon mo illoni a ue in e io al 10% del o al añadido, mien as que su asociación a las mues as con Fh ue supe io al 80%. Compa ando es os esul ados con los de un es udio an e io en el que u ilizamos Ca- mon mo illoni a y e ihid i a lio ilizada (5) se obse ó cómo la p esencia de un ca ión mono alen e como el Na+ educe la asociación del AH a mon mo illoni a en compa ación con ca iones di alen es como el Ca 2+ y, po o a pa e, cómo las pa ículas de Fh ecién p ecipi ada p esen an una eac i idad más al a en e al AH que pa ículas de e ihid i a lio ilizadas. 142 R Celis el al. / La in es igación de a cillas en geologla, ag icul u a, medio ambien e y ciencia de ma e iales (2002): 141-144 Tabla 1. Ca ac e is icas de los componen es coloidales indi iduales y sus asociaciones bina ias y e na ias. Sis ema Mues a Composición (%) FeJFed pH S:!,ET d oo , (nm) SW Fh AH (m )-') (25°C/200°C) Componen es SW 100 O O 7.0 25 1.50/0.97 Fe ih O 100 O 0.99 5.8 346 indi iduales HA O O 100 2.3 < 1 SW-Fe iho 100 O O 6.3 25 1.41/0.98 SW-Fe ih. 92.7 7.3 O 0.98 4.7 58 1.41/0.98 SW-Fe ih'6 86.3 13.7 O 0.93 4.8 83 1.41/0.98 Complejos SW-HAo 100 O O 6.5 43 1.56/0.98 bina ios SW-HA.¡ 95.7 O 4.3 5.2 4 1.56/0.99 SW-HA" 93.3 O 6.7 5.2 3 1.56/0.99 Fe ih-HAo O 100 O 1.03 6.6 348 Fe ih-HA.¡ O 96.3 3.7 1.00 6.0 334 Fe ih-HA" O 93.1 6.9 0.99 6.4 290 Complejos SW-Fe ih-HAo 85.2 14.8 O 0.94 5.2 82 1.56/1.00 SW-Fe ih-HA.¡ 82.5 14.6 2.9 0.92 5.8 57 1.56/1.00 e na ios SW-Fe ih-HA" 81.0 13.5 5.5 0.96 5.3 32 1.56/1.00 Los da os de supe icie especí ica, SSET, ob enidos a pa i de las iso e mas de adso ción de N2 sob e las mues as e lejan cómo can idades c ecien es de e ihid i a en los sis emas SW-Fh p o ocan un aumen o de la SSET, mien as que can idades c ecien es de AH en los complejos SW-AH, Fh-AH y SW-Fh-AH p o ocan una disminución de la SSET. El aumen o de la supe icie especí ica de mon mo illoni a as su asociación al óxido de Fe puede a ibui se a la ele ada SSET de las pa ículas de óxido y a que és as ac úan di icul ando el o denamien o de las pa ículas de a cilla du an e el secado de las mismas, aumen ando la supe icie expues a (6). Po o a pa e, la disminución de la SSET po la p esencia de AH es á elacionada con la incapacidad del N2 pa a explo a el in e io de las sus ancias húmicas (5). Pa ece que la supe icie ex ema de mon mo illoni a es mucho más suscep ible a se bloqueada po el AH as el secado que los pequeños po os de las pa ículas de e ihid i a ( abla 1). Tabla 2. Disminución de la abso bancia a 285 nm de las disoluciones de ácido húmico as su in e acción con pa iculas mine ales. Complejo SW-HA.¡ SW-HA" Fe ih-HA.¡ Fe ih-HA" SW-Fe ih-HA.¡ SW-Fe ih-HA" Disminución de la abso bancia a 285nm 143 % 8 5 100 100 89 80 R Celis e al. I La in es igación de a cillas en geologla, ag icul u a, medio ambien e y ciencia de ma e iales (2002): 141-144 Po úl imo, el análisis de los complejos po espec oscopia in a oja e eló la pa icipación de los g upos ca boxila os del AH (bandas a 1603 y 1384 cm- 1 en la Figu a 1) en su asociación a la e ihid i a, p obablemen e a a és de un mecanismo de cambio iónico, mien as que los esul ados de los análisis po di acción de ayos X (d o01 en Tabla 1) no mos a on e idencias de pene ación in e lamina de Fe ó AH en la mon mo illoni a, e lejando que los p ocesos de asociación a ec an undamen almen e a la supe icie ex e na del mine al de la a cilla. 100 -.------------------, 60 2000 1000 longi ud de onda (cm-1) Figu a 1. Espec os de in a ojos del AH, Fh-HAo Y Fh-HA". Conclusiones Los esul ados del p esen e es udio ponen de mani ies o cómo la a inidad en e los componen es ac i os de la acción coloidal de los suelos puede se muy ele ada, conduciendo a impo an es cambios en las p opiedades isicoquímicas de los coloides esul an es. Es de p e e que es os cambios sean en g an medida esponsables de las ca ac e ís icas es uc u ales de los suelos y de su eac i idad en e a los compues os an opogénicos y na u ales que a él llegan. Ag adecimíen os Es e abajo ha sido inanciado po los p oyec os EVK1-CT-2001-00105 de la UE y REN2001-1700-C02-01 ECNO del MCYT. Re e encias 1. Ma in JM, Mouchel JM, Ni el P (1986) Wa Sci TechnoI18:83-92. 2. Day G McD, Ha BT, McKel ie ID, Becke R (1994) Colloids Su aces 89:1-13. 3. Swi RS (1996) Me hods o Soil Analysis. Pa 3. Chemical Me hods. SSSA, Madison, WI. 4. McKeague JA, Day JH (1966) Canadian J Soil Sci 46:13-22. 5. Ce lis R, Co nejo J, He mosín MC, Koskinen WC (1998) Soil Sci Soc Am J 62:165-171. 6. 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