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.
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JM,
Mouchel
JM,
Ni el P (1986) Wa Sci TechnoI18:83-92.
2.
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McD,
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22 de oc ub e de 2002
144