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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2002.tde-05082002-165347
Documento
Autor
Nome completo
Marcelo Eduardo Alves
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2002
Orientador
Banca examinadora
Lavorenti, Arquimedes (Presidente)
Alleoni, Luis Reynaldo Ferracciu
Bull, Leonardo Theodoro
Casagrande, Jose Carlos
Vidal-Torrado, Pablo
Título em português
Atributos mineralógicos e eletroquímicos, adsorção e dessorção de sulfato em solos paulistas.
Palavras-chave em português
mineralogia do solo
química do solo
troca iônica
Resumo em português
O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar as relações entre a composição mineralógica de solos representativos do Estado de São Paulo e alguns de seus atributos eletroquímicos como o ponto de efeito salino nulo (PESN) e a capacidade de troca aniônica (CTA). Especial atenção foi dada também à quantificação de cargas negativas de caráter permanente e à contrastação dos resultados com a composição mineralógica da fração argila, a qual foi avaliada de forma qualitativa e semiquantitativa. Além dos atributos eletroquímicos supracitados, a adsorção e a dessorção de sulfato, principal forma inorgânica de enxofre presente nos solos sob condições aeróbicas, foram estudadas visando-se à determinação de índices representativos desses fenômenos e à associação dos mesmos com atributos mineralógicos, químicos e eletroquímicos dos solos. Em uma primeira etapa, amostras coletadas em camadas subsuperficiais de quinze solos localizados em diferentes regiões do Estado de São Paulo foram submetidas à uma intensa caracterização mineralógica, química e eletroquímica. Além dessas avaliações, as amostras foram utilizadas como adsorvedores em estudos de adsorção e dessorção de sulfato. Em um momento posterior e por meio do tratamento estatístico dos dados, procurou-se analisar as relações individuais dos diversos atributos avaliados com o ponto de efeito salino nulo, capacidade de troca aniônica, adsorção e dessorção de sulfato. Os resultados experimentais obtidos durante a avaliação do ponto de efeito salino nulo das amostras permitiram o desenvolvimento de um programa computacional para o tratamento matemático dos referidos dados visando-se à determinação analítica do valor desse atributo eletroquímico. Testes realizados com dados obtidos por outros autores demonstraram a adequação do programa para a determinação rápida e não-subjetiva do PESN. Em relação às cargas elétricas negativas de superfície, pôde-se verificar uma significativa presença de cargas de caráter permanente, fato que apresentou razoável concordância com a composição mineralógica das amostras. Contudo, faz-se necessária a contrastação de resultados obtidos com o método da adsorção de césio com quantidades de cargas permanentes determinadas por meio do uso de outros procedimentos metodológicos. Ao avaliar-se a capacidade de troca catiônica (CTC) das amostras, utilizando-se diferentes métodos, pôde-se observar que os solos com caráter ácrico estiveram dentre aqueles em que as maiores discrepâncias foram verificadas, fato que sugere a necessidade da reavaliação dos métodos empregados para a determinação da CTC efetiva nesses solos. Os procedimentos adotados permitiram verificar que os óxidos de alumínio mal cristalizados, pres entes na fração argila, são os componentes mais diretamente associados ao ponto de efeito salino nulo e à capacidade de troca aniônica das amostras estudadas. Em relação à adsorção de sulfato, novamente observou-se acentuada relação direta entre o teor dos óxidos de alumínio mal cristalizados e a capacidade adsortiva das amostras bem como com a afinidade apresentada pela fase sólida em relação ao referido ânion. A gibbsita e os óxidos de alumínio mal cristalizados são os constituintes inorgânicos da fase sólida mais diretamente associados à restrição à dessorção de sulfato nas amostras avaliadas, ao passo que a liberação do sulfato retido apresentou relação direta com o teor de caulinita. Esses dados indicam que as aplicações de gesso agrícola devem ser feitas com maior cautela em solos cauliníticos. Em relação aos atributos de fácil e rápida determinação, o pH das amostras medido em solução de fluoreto de sódio (pH NaF) apresentou estreita relação com a presença de óxidos de alumínio nas amostras estudadas e, por essa razão, mostrou-se como um índice bastante promissor para a avaliação indireta da capacidade de retenção aniônica de amostras de camadas subsuperficiais de solos das regiões tropicais. Finalmente, um grande número de correlações não significativas obsevadas entre os teores de óxidos de ferro cristalinos (hematita e goethita) tanto para com atributos eletroquímicos quanto para com a adsorção e dessorção de sulfato parece indicar a existência de acentuada variabilidade comportamental para esses minerais nas amostras estudadas. Desse modo, novos estudos devem ser realizados com os referidos óxidos de ferro visando-se analisar a influência da morfologia, tamanho de cristais e grau de cristalinidade sobre os atributos eletroquímicos e propriedades adsortivas desses minerais. Igualmente, o desenvolvimento de trabalhos de pesquisa de natureza similar envolvendo a gibbsita são também necessários, haja vista a completa ausência de informações relacionadas à variabilidade comportamental desse óxido de alumínio.
Título em inglês
Mineralogical and electrochemical properties, sulfate adsorption and desorption in soils from São Paulo state.
Palavras-chave em inglês
ionic exchange
soil chemistry
soil mineralogy
Resumo em inglês
The present research aimed at studying the relationships between the mineralogical composition of representative soils from São Paulo State and some of their electrochemical properties, particularly the point of zero salt effect (PZSE) and the anion exchange capacity (AEC). Additionally, it was given special attention to the presence of permanent negative charges in those soils, whose magnitudes were also associated with the mineralogical composition of their clay fractions, which was evaluated by using qualitative and semiquantitative approaches. Besides the above mentioned electrochemical properties, the adsorption and desorption of sulfate, the main inorganic form of sulfur found in soils under aerobic conditions, were studied in order to associate the representative indexes of these phenomena with mineralogical, chemical and electrochemical soil properties. Initially, samples collected in subsurface layers of fifteen soils situated in different regions of São Paulo State were highly characterized as for their mineralogical, chemical and electrochemical properties Besides these evaluations, the soil samples were used as adsorbents in studies of sulfate adsorption and desorption reactions. After this, and through the statistical analyses of data, it was aimed at verifying the individual relationships of the evaluated properties with the PZSE, AEC, sulfate adsorption and desorption indexes. The experimental results obtained during the evaluation of the PZSE values of samples, gave us the possibility of the development of one software for mathematical manipulation of them in order to allow the analytical determination of the above mentioned electrochemical property. The software was evaluated through the analyses of potentiometric titration data from experiments of other authors. The results showed very good agreement between PZSE values calculated by the software and those determined by the authors. By this reason, this approach can be considered very useful for this determination. In relation to surface charges, it was possible to verify reasonable amounts of permanent negative charges in evaluated soil samples and good correspondence of them with soil mineralogical properties. However, more studies are necessary in order to compare the results of cesium adsorption method, employed for this determination in the present research, with ones from other methodologies. The determination of cation exchange capacity (CEC) values through different approaches have shown that the soil samples with acric character were among the ones that present the biggest discrepancies. These results suggest the necessity of reevaluation for the usual methods employed to measurements of CEC values in soils with acric character. The methods used in this research allowed us to verify that the contents of amorphous aluminum oxides in the clay fraction present direct associations with PZSE and AEC values determined in soil samples. In relation to sulfate adsorption, it was also observed the positive effect of amorphous aluminum oxides on the sulfate adsorptive capacities of the studied soils. In the same way, the content of above mentioned oxides present significative and direct correlation with the affinity of surfaces by sulfate ions. The gibbsite and amorphous aluminum oxides are the clay fraction constituents associated with the restriction to sulfate desorption in evaluated soil samples; on the other hand, the transference of sulfate ions from solid surfaces to soil solutions was favored by the high kaolinite contents. These data suggest that the use of gypsum in kaolinitic soils with low contents of oxides must be done with more criteria.Considering the soil properties whose determinations are not time consuming, the pH values evaluated in suspensions of soil-NaF 1 mol L -1 solution (pH NaF) presented very good associations with the aluminum oxides contents of soil samples and, by this reason, it showed also significative correlations with soil sulfate adsorption capacity. These founds indicate that the pH NaF is a very promising index for the indirect evaluation of the anion retention capacity of samples from subsurface layers of tropical soils. Finally, the great number of non-significative correlations verified in this research between crystalline iron oxides (hematite and goethite) contents and electrochemical properties or sulfate adsorption/desorption indexes suggest the existence of non-systematic variations in their intrinsic properties. So, it is very important the establishment of new researches with the objective of acquiring more information about the influence of morphology and crystals size and crystallinity of these adsorbents on their electrochemical properties and adsorptive capacities. These considerations are also applied to gibbsite, since there is no information about this topic associated to this mineral.
 
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marcelo.pdf (1.10 Mbytes)
Data de Publicação
2002-08-07
 
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