Coloides Del Suelo

COLOIDES DEL SUELO

4.1. Aspectos generales

Los coloides son partículas cuyos tamaños varían de 0,2 a 0,001 μm. Disponen de energía libre de tensión superficial, es decir, una carga eléctrica específica, y por tanto son capaces de adsorber iones. Su contenido en los suelos regula las principales características físico-químicas.

4.2. Clasificación.

Diferenciamos entre

< Coloides minerales

- Minerales arcillosos

- Sustancias amorfas

< Coloides orgánicos

- Partículas de humus

4.3. Coloides minerales

4.3.1. Minerales arcillosos

4.3.1.1. Características generales:

Los minerales arcillosos están entre los minerales más importantes que se originan mediante la meteorización de las rocas. Son parte importante de muchos suelos y sedimentos. No están presentes en magmatitas.

Pueden definirse como aluminosilicatos más o menos bien cristalizados que contienen iones hidroxilo.

Generalmente forman cristales laminares y son comparables con las micas.

El diámetro de las láminas es generalmente menor a 2 μm; su espesor puede estar entre 2 y 50 nm.

Le confieren al suelo las propiedades de plasticidad, su aptitud de expandir y contraerse, y en buena parte, su capacidad de adsorber y desorber iones.

Los minerales arcillosos, en caso de ser filosilicatos (de tipo laminar), se agrupan según el tipo de iones que alojen en sus espacios interlaminares, lo mismo que por su carga negativa neta por unidad de fórmula así:

TIPO DE CAPAS

OCUPACIÓN DE ESPACIOS INTERLAMINARES

CARGA NEGATIVA

GRUPO

1 : 1 o de 2 láminas

Si2O5 (OH)4

ninguna

– 0

Caolinita

2 : 1 o Si4O10(OH)2 o de 3 láminas; parte del Si reemplazado por Al

Cationes individuales desnudos o hidratados

0,2 - 0,6

0,6 - 0,9

1-0

Esmectita

Vermiculita

Micas, Ilita

Capa de hidróxido

Variable

Clorita

Su composición química, sobre todo el contenido en sustancias secundarias, puede variar ampliamente.

Variabilidad de la composición en % de peso

SiO2

Al203

Fe203

TiO2

CaO

MgO

K20

Na20

Caolinita

45 - 48

38 - 40

0 - 0,2

0 - 0,3

--

--

--

--

Esmectita

42 - 55

0 - 28

0 - 30

0 - 0,2

0 - 3

0 - 2,5

0 - 0,5

0 - 3

Ilitas

50 - 56

18 - 31

2 - 5

0 - 0,8

0 - 2

1 - 4

4 - 7

0 - 1

Vermiculitas

33 - 37

7 - 18

3 - 12

0 - 0,6

0 - 2

20 - 28

0 - 2

0 - 0,4

Cloritas

22 - 35

12 - 24

0 - 15

--

0 - 2

22 - 34

0 - 10

0 - 1

4.3.1.2. Estructura de los cristales

Los elementos que conforman los cristales pueden estar enlazados iónica y covalentemente; pero aquí, para facilitar el entendimiento, simplemente hablaremos de iones.

La participación de los iones depende esencialmente de su tamaño.

Los cristales de los minerales arcillosos constan de iones O2- y OH- (ligandos) comprimidos entre los espacios, se encuentran cationes pequeños (si se toma el O2- como referente) tales como Si4+ y Al3+.

Los cationes centrales neutralizan las cargas negativas de los iones O2- y OH-.

Los cationes centrales más pequeños, como el Si4+ y el Al3+ (que por cierto ya es más grande), tienen 4 iones de O2- como vecinos inmediatos, se dice que tienen un número de coordinación de 4.

Los cationes centrales mas grandes, como el Al3+, Fe3+ y Mg2+ están más cercanos a 6 iones de O2- y OH-, por lo cual se habla de un número de coordinación de 6.

Si uniéramos imaginariamente los puntos centrales de los iones O2- y OH-, obtendríamos dos cuerpos distintos :

 En el caso del número de coordinación 4, tetraedros con la fórmula básica (Si4+, Al3+) O4

 En el caso del número de coordinación 6, octaedros con la fórmula básica (Al3+, Mg2+, Fe3+) (O, OH)6

Casi todos los centros de tetraedros están ocupados por cationes centrales.

De los centros de octaedros, pueden estar ocupados todos (tres de cada tres), o sólo 2, es decir, en este caso, falta cada tercer ion central.

Los minerales que tienen ocupados todos los octaedros, se llaman trioctaédricos; los que tienen ocupados sólo dos, dioctaédricos.

En los silicatos laminares, los tetraedros y octaedros están unidos por iones de O2- y OH- que tienen en común, formando láminas.

Las láminas de tetraedros y octaedros están enlazadas entre sí por iones de O2-.

Según la secuencia de láminas de tetraedros y octaedros, diferenciamos entre minerales de dos capas o del tipo 1 : 1 con una alternancia de una lámina de octaedro y una de tetraedro; y minerales de tres capas o del tipo 2 : 1, con una secuencia de láminas tetraedro - octaedro - tetraedro.

Cada secuencia se llama capa de silicatos. El agarre entre las capas se realiza en el caso de los minerales del tipo 1 : 1 mediante puentes de hidrógeno (O2-, OH-), en el caso de los minerales del tipo 2 : 1, mediante la inclusión de cationes o capas de hidróxido de carga positiva, ubicadas entre las capas de silicatos cargadas negativamente.

La estructura de la mayoría de los minerales arcillosos está conformada por 10 - 40 capas.

Dado que la fuerza de unión o amarre entre las láminas de silicatos es más débil que al interior de las capas, los minerales arcillosos, tales como las micas, se dejan rajar fácilmente en forma paralela a las capas.

4.3.1.3. Carga de los silicatos laminares

Generalmente, en el marco de su formación, entran cationes centrales en la formación del mineral arcilloso, los cuales por su tamaño caben en los espacios de los tetraedros y de los octaedros (reemplazo isomórfico o sustitución), pero que tienen otra magnitud de carga.

Así, si entra un catión de valencia inferior a un espacio que más bien corresponde a un catión de mayor valencia (a efectos de equilibrar cargas), entonces se origina en este tetraedro u octaedro un déficit de carga positiva. Esto conduce, ya que el número de iones O2- y OH- y la carga negativa están predeterminados, a un exceso de carga negativa.

Ejemplos para esto son el reemplazo de Si4+por Al3+ en tetraedros, y de Al3+ por Mg2+ en los octaedros. En forma contraria, el reemplazo de un catión de baja valencia por uno de alta, por ejemplo Mg2+ por Al3+, conduce a un exceso de carga positiva.

La carga neta de las capas de silicatos depende del tipo y de la magnitud de cada reemplazo isomórfico.

Para el caso de los minerales arcillosos del suelo, la carga neta casi siempre es negativa.

La sobrecarga negativa se compensa por la carga positiva de cationes o por la carga de capas de hidróxido, los cuales se ubican entre las capas de silicatos, agarrando a éstas entre sí.

La fuerza del agarre entre capas de silicatos vecinos se incrementa a medida de que haya mayor carga, dado que en la misma proporción aumenta la densidad de los cationes interlaminares.

En el caso de algunos minerales arcillosos de tres capas la fuerza de amarre es tan baja, que los cationes interlaminares se pueden vestir de una capa de agua (hidratarse), y de ésta manera las capas de silicatos son abiertas entre sí, lo que se conoce como expansión intracristalina. En presencia de agua y desde el punto de vista energético, el estado hidratado es más conveniente.

La magnitud de la expansión de la arcilla depende de:

 La carga de las capas de mineral

 El tipo de cationes alojados en los espacios interlaminares.

En el caso de que entre las capas de silicatos no se encuentren cationes hidratizables sino una capa de hidróxido, como sucede en el caso de las cloritas, entonces el mineral no es expandible.

4.3.1.4. Minerales arcillosos del suelo

Por lo general, estos son de cristales más pequeños y de formación menos perfecta que los que se encuentran puros.

Suelen variar bastante en la composición química, en la carga de las capas, en la distancia de capa a capa; es decir, son de poca cristalinidad.

La causa para lo anterior está en el ambiente en

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