martes, 27 de septiembre de 2011

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO

Capacidad de intercambio catiónico
La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es la capacidad que tiene un suelo para retener y liberar iones positivos, merced a su contenido en arcillas y materia orgánica. Las arcillas están cargadas negativamente, por lo que suelos con mayores concentraciones de arcillas exhiben capacidades de intercambio catiónico mayores. A mayor contenido de materia orgánica en un suelo aumenta su CIC.
[editar] Capacidad de intercambio catiónico
La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es una medida de un material (coloide) para retener cationes intercambiables.
También puede ser definida como las cargas negativas por unidad de cantidad de coloide que es neutralizada por cationes de intercambio. Un catión es un ion que tiene carga eléctrica positiva mientras que el coloide tiene carga negativa.
La capacidad de intercambio generalmente se expresa en términos de miligramos equivalentes de hidrógeno por 100 g de coloide, cuya denominación abreviada es mili equivalente por 100 gramos o meq/100 g. Por definición, se convierte en el peso de un elemento que desplaza un peso atómico de hidrógeno.
Un peso equivalente es igual al peso atómico dividido entre la valencia:

ejemplo
elemento;
peso atómico
valencia
peso equivalente
Ca
40,08
2
20,04
Mg
24,31
2
12,16
K
39,1
1
39,1
Na
22,99
1
22,99

En el laboratorio la CIC se mide en términos de la suma de las concentraciones en partes por millón (ppm) de los cationes desplazados, estos valores son convertidos a meq/100 g de la forma siguiente:
meq/100 g= ppm del catión /(peso equivalente x 10)
A continuación se indican los números de los pesos usados para lo conversión de cationes a valores de miliequivalentes:

conversiòn de cationes a valores miliequivalentes
200 ppm Ca
1 meq Ca/100 g coloide
120 ppm Mg
1 meq Mg/100 g coloide
390 ppm K
1 meq K/100 g coloide
10 ppm H
1 meq H/100 g coloide
230 ppm Na
1 meq Na/100 g coloide

Los excesos de sales, sales libres o compuestos alcalinos que no forman parte del complejo de intercambio catiónico, pero que aparecen en los resultados de las pruebas, alteraran los resultados de la CIC.
[editar] Capacidad de intercambio cationico en los suelos
Los cationes de mayor importancia con relación al crecimiento de las plantas son el calcio (Ca), magnesio (Mg), potasio (K), amonio (NH4+), sodio (Na) e hidrógeno (H). Los primeros cuatro son nutrientes y se encuentran involucrados directamente con el crecimiento de las plantas. El sodio y el hidrógeno tienen un pronunciado efecto en la disponibilidad de los nutrientes y la humedad. En los suelos ácidos, una gran parte de los cationes son hidrogeno y aluminio en diversas formas.
También contribuyen a la CIC las clases, cantidades y combinaciones de los minerales arcillosos y las cantidades de materia orgánica y su estado de descomposición. Los cationes no son retenidos con las mismas energías de enlace. Los sitios de intercambio de la materia orgánica, solo enlazan en forma débil a los cationes. Las arcillas con gran capacidad de intercambio tienden a enlazar los cationes bivalentes como el Ca++ y el Mg++, con más energía que el K+. Esta característica puede afectar la disponibilidad de los nutrientes. Los suelos con arcillas caolinìticas tienen una menor energía de enlace y, por lo tanto, para un nivel analítico determinado o un porcentaje de saturación de un elemento se mostrara una disponibilidad relativa mayor.
Si la CIC está neutralizada principalmente por calcio, magnesio, potasio y sodio, se dice que esta saturada de bases. Sin embargo, si los cultivos o el lixiviado han removido la mayor parte de los cationes básicos, el suelo esta bajo saturación de bases o alto en saturación ácida. Las cantidades totales de cationes ácidos relativas a la CIC son una medida de la saturación ácida. Ésta también es una medida de las necesidades de encalado de un suelo (aplicar cal).
[editar] Referencias
PRACTICA 4: Determinación de Potasio, Calcio Y Magnesio Disponibles (Metodos de Extracción con Acetato de amonio)

Objetivos

1.Determinar el contenido de K+, Ca+2 y Mg+2 disponibles en el suelo, mediante técnicas de fotometría (potasio) y por absorción atómica (calcio y magnesio).
2.    Interpretar los resultados obtenidos
3.    Calcular kg/ha de Ca+2, Mg+2 y K+ disponibles en el suelo, con base a los resultados obtenidos.

Generalidades

El potasio, calcio y magnesio intercambiables y en solución del suelo son formas rápidamente disponibles a las plantas , sin embargo, existen algunas formas de estos nutrientes que son lentamente disponibles. La siguiente relación de equilibrio muestra, para el caso del potasio, las formas  de este nutriente en el suelo.

K+ no intercambiable            «    K+ intercambiable        «             K+ en solución

Las formas no intercambiables pueden ser convertidas a formas intercambiables por meteorización. Por lo general, en suelos jóvenes esta suplencia es alta, a diferencia de los suelos viejos o muy lavados.

Principio del Método

Estos nutrientes son determinados tratando una a la muestra de suelo con una solución extractante, acetato de amonio 1 N, ajustado a pH 7.0, la cual reemplaza los cationes presentes en el complejo de intercambio y los pasa a la solución del suelo. Es decir, los nutrientes en solución representan la suma del intercambiable más el soluble en agua, en el caso de suelos calcáreos; mientras que en los no calcáreo se determinan en la forma “intercambiable”. Una vez en solución, la cuantificación del potasio se hace con el fotómetro de llama y, la de calcio y magnesio se cuantifica mediante absorción atómica. En el caso de estos dos últimos nutrientes, también se pueden cuantificar por titulación con EDTA
Reactivos

Acetato de amonio, 1 N, ajustada a pH 7.0: Pese 77 gramos de acetato de amonio (NH4C2H302) y disuélvalos en, aproximadamente, 800 ml de agua destilada. Mezcle y ajuste a pH 7.0, usando ácido acético 3 N o hidróxido de amonio 3 N. Añada agua destilada hasta completar el volumen a 1000 ml.

Soluciones de concentración conocida: Se debe preparar soluciones de trabajo por dilución de alícuotas de la solución madre, de acuerdo al rango de concentración que se espera encontrar en los suelos analizados.

Oxido de lantano al 0.01%                  


A C T I V I D A D E S  A  E J E C U T A R

Procedimiento

El procedimiento se divide en dos etapas: Obtención del extracto y Determinación analítica del elemento.

ΠOBTENCION DEL EXTRACTO
·     Coloque 2.5 gr. de suelo pasado por tamiz de 2 mm en un envase de plástico de aproximadamente 25 ml o en otro envase apropiado.
·     Añada 25 ml de solución de acetato de amonio. Tape bien y lleve al agitador mecánico por 30 minutos.
·     Filtre la suspensión sobre papel filtro Nº 1, recogiendo el filtrado en un frasco de compota.

 DETERMINACION ANALITICA DE LOS ELEMENTOS

ÖPotasio K+

·     Calibre el fotómetro de llama con las soluciones de concentración conocida.
·     Proceda a tomar la lectura en el extracto obtenido en la etapa 1. Anote el valor registrado en el fotómetro de llama, en las unidades indicadas por el técnico de laboratorio.
·     Introduzca el valor obtenido en la escala de lecturas y precise la concentración de la muestra analizada (concentración en la curva). Las unidades van a depender de la preparación de los patrones.
·     Con la concentración de K+ en el suelo, proceda a interpretar el valor obtenido.


ÖCalcio (Ca+2) y Magnesio (Mg+2)

·      Pase un mililitro del extracto obtenido a un balón aforado de 25 ml y enrase con solución de óxido de lantano al 0.01%.
·      Calibre el equipo de absorción atómica.
·      Proceda a  tomar la lectura correspondiente para cada nutriente y anote el dato obtenido. En caso de que la lectura se salga del rango del equipo, proceda a efectuar una nueva dilución. 
·      Con la concentración en el suelo de Ca+2 y de Mg+2, interprete los resultados obtenidos.

Cálculos y Expresión de los Resultados

Los nutrientes potasio, calcio y magnesio se expresan en partes por millón (ppm), en miliequivalente por 100 gr. (meq/100 gr) o en miliequivalente por litro (meq/l.).

meq/100 gr K en el suelo = meq/100 gr K en la curva x factor de dilución (fd)[1][1]

meq/100 g. Ca o Mg en el suelo = meq/100 g. Ca o Mg en la curva x fd


Interpretación de los Valores Obtenidos

Proceda a ubicar los resultados obtenidos en los cuadros que se muestran a continuación:

                               POTASIO

                        CALCIO

                              MAGNESIO:



Referencias bibliográficas

SOCIEDAD COLOMBIANA DE LA CIENCIA DEL SUELO. 1995. Fundamentos para la interpretación de análisis de suelos, plantas y aguas para riego. Montoya & Araujo Ltda. Bogotá. pp. 204-207.

INSTITUTO GEOGRAFICO “AGUSTIN CODAZZI”. 1994. Métodos analíticos de laboratorio de suelos. Bogotá. pp. 18-26.

ESTRADA, G. 2001. Disponibilidad de Calcio, Magnesio y Azufre Disponible, su Análisis en Suelos y Plantas y su Interpretación. En: Los Elementos Secundarios (Ca, Mg, S) y el Silicio en la Agricultura. Sociedad Colombiana de la Ciencia del Suelo. p. 85-104. Comité Regional de Cundinamarca y Boyacá. Bogotá.


Estudio de Casos

1.        Señale las  formas en que se encuentra el potasio en el suelo.
2.        Indicar en que unidades se expresan los contenidos de Ca+2, Mg+2 y K+ en el suelo.



   (meq/100 g)
SUELOS
pH
Ca+2
Mg+2
K+
1
5.5
1.5
0.72
0.32
2
 6.5
4,3
2.03
0.42

3.        Con base a los resultados presentados en el cuadro anterior, Calcule ppm de K+ y cmol/kg de Mg+2 disponibles en el suelo.
4.        Exprese el resultado del Ca+2 en Kg/ha.



Capacidad de Intercambio Cationico (CIC)



La capacidad de intercambio catiónico es una medida importante de la fertilidad a la productividad potencial de los suelos. 
Gracias a su estructura química, las partículas de arcilla y la materia orgánica del suelo tienen carga negativa neta. Esto significa que los cationes (iones con carga eléctrica positiva) son atraídos y retenidos sobre la superficie de estos materiales del suelo. Los cationes de la solución del suelo están en equilibrio dinámico con los cationes absorbidos sobre la superficie de la arcilla y la materia orgánica. 
La CIC es una medida de la cantidad de cationes que pueden ser absorbidos o retenidos por un suelo. 
Los suelos contienen cantidades variables y clases diferentes de arcilla y materia orgánica, de modo que la CIC total varía ampliamente. La materia orgánica tiene una CIC alta, por lo que los suelos con un alto contenido de materia orgánica presentan por lo general una CIC mayor que la de los suelos con un bajo contenido de materia orgánica. 
Los cationes que revisten mayor importancia en lo que se refiera alas plantas son el calcio (Ca++), magnesio (Mg++), potasio (K+), amonio (NH4+), sodio (Na+) e hidrógeno (H+). 
Los primeros cuatro cationes son nutrientes de las plantas y son importantes para el crecimiento vegetal. Los dos últimos tienen un efecto marcado sobre las características físicas y químicas del suelo. 
La cantidad relativa de ada uno de los cationes que son absorbidos en la superficie de las partículas de arcilla está estrechamente relacionada con propiedades importantes del suelo. Los suelos altamente ácidos exhiben un alto porcentaje de iones hidrógeno adsorbidos, mientras que los suelos que poseen un pH favorable de 6 a 8 tienen un alto porcentaje de iones calcio en esa condición. Los suelos con alto contenido de iones sodio presentan un estado de dispersión y resisten la infiltración del agua, en tanto que los que poseen un alto porcentaje de iones calcio están bien agregados y exhiben altos caudales de infiltración. 
Los suelos minerales con una CIC alta tienden a ser más fértiles que los que poseen una CIC baja. La probabilidad de que los nutrientes se pierdan por lixiviación es baja, por lo que el suelo posee una mayor capacidad para almacenarlos y suministrarlos a los cultivos. La CIC varía ampliamente (Tabla). La gama de valores dentro de cierta clase de textura se debe en parte a diferencias en el contenido de materia orgánica. 

 TABLA

 Capacidad de intercambio
catiónico (CIC) de algunos 
tipos de textura del suelo 
 Textura del suelo

Intervalo de CIC 


 (meq/100g)
 Arena y arena tronco

2.0 
 Tronco

7.15 
 Arcilla y tronco arcilloso

 15.30

 
Lección 5. PROPIEDADES FISICOQUIMICAS


1 Cambio iónico
Desde muy antiguo se sabía que al pasar un disolución a través de un material pulverulento se perdía parte de la concentración de la disolución. Por ejemplo era muy conocido el hecho de que los suelos pueden extraer sales y colorantes de una solución. Hoy día estas reacciones se justifican por un intercambio de iones entre la solución y el material sólido.
Se define el cambio iónico como los procesos reversibles por los cuales las partículas sólidas del suelo adsorben iones de la fase acuosa liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes, estableciéndose el equilibrio entre ambas fases.
Según el tipo de iones que se intercambien,
Cambio de cationes: Suelo-M   +   X+   ----->   Suelo-X   +   M+
Cambio de aniones: Suelo-N   +   Y-    ----->    Suelo-Y   +   N-
Es proceso dinámico que se desarrolla en la superficie de las partículas. Como los iones adsorbidos quedan en posición asimilable constituyen la reserva de nutrientes para las plantas.
Las causas que originan el intercambio iónico son los desequilibrios eléctricos de las partículas del suelo. Para neutralizar las cargas se adsorben iones, que se pegan a la superficie de las partículas. Quedan débilmente retenidos sobre las partículas del suelo y se pueden intercambiar con la solución del suelo.
Cuanto más superficie tenga el material y más desequilibrada se encuentre, más iones se fijaran.

1.1 Teorías del intercambio iónico
Existen tres teorías que tratan de explicar el porqué de este proceso.
Red cristalina. Considera las partículas de los minerales como sólidos iónicos. Los iones de los bordes están débilmente retenidos por lo que pueden abandonar la estructura y pueden cambiarse con los de la solución del suelo.
Doble capa eléctrica. Considera el contacto entre el sólido y la fase líquida como un condensador plano. Entre el metal (el sólido) y el electrólito (la disolución) existe una diferencia de potencial que atrae a los iones de la solución del suelo. Se forma una doble capa eléctrica formada por los iones del sólido y los atraídos en la solución.
Membrana semipermeable. La interfase sólido-líquido actúa como una membrana semipermeable que deja pasar los iones de la solución y a los de la superficie de las partículas pero no a los del interior de los materiales.
Básicamente las tres teorías son compatibles y simplemente se trata de enfoques distintos:
iones débilmente retenidos para la teoría cristalina.
desequilibrios eléctricos para la teoría de la doble capa eléctrica.
diferentes concentraciones para la teoría de la membrana semipermeable.

1.2 Capacidad de cambio de cationes
Es el más importante, y mejor conocido.
En el suelo son varios los materiales que pueden cambiar cationes. Los principales cambiadores son las arcillas y la materia orgánica (los dos materiales presentan propiedades coloidales).
Las causas de la capacidad de cambio de cationes de las arcillas son:
Sustituciones atómicas dentro de la red.
Existencia de bordes (superficies descompensadas).
Enlaces de Van der Waals.
En las arcillas, además de en su superficie, los iones pueden entrar entre las láminas.
Las causas de la capacidad de cambio de materia orgánica son:
Disociación de los OH.
Disociación de los COOH.
En cuanto a los factores que hacen que un suelo tengan una determinada capacidad de cambio de cationes son varios.
Tamaño de las partículas. Cuanto más pequeña sea la partícula, mas grande será la capacidad de cambio.
Naturaleza de las partículas. La composición y estructura de las partículas influirá en las posibilidades de cambio de sus cationes. Así la capacidad de cambio catiónico (CCC) de algunos de los materiales más comunes en los suelos los representamos en la siguiente tabla.
 Naturaleza de la partícula
 CCC, meq/100g
 cuarzo y feldespatos
 1-2
 oxidos e hidróx. Fe y Al
 4
 caolinita
 3-15
 ilita y clorita
 10-40
 montmorillonita
 80-150
 vermiculita
 100-160
 materia orgánica
 300-500
Como vemos la naturaleza del cambiador confiere mayor a menor capacidad de cambio. Cada 1% de arcilla puede repercutir en medio miliequivalente en la capacidad de cambio de cationes del suelo. Si en vez de arcilla nos referimos a la materia orgánica, cada 1% puede repercutir en 2 miliequivalentes más (miliequivalente / 100gr = cmol(+)Kg-1).
Tipo de cationes cambiables. La capacidad de cambio de cationes representa el total de cargas negativas, o lo que es lo mismo el número de cargas positivas que incorporan los cationes que vienen a fijarse.
No obstante, la naturaleza de los cationes de cambio pueden modificar el valor de la capacidad de cambio, aumentándola o disminuyéndola, en función de su carga y de su tamaño. Los cationes divalentes, trivalentes... al adsorberse aumentan la capacidad de cationes de cambio mientras que los cationes de gran tamaño (radicales orgánicos) disminuyen la CCC al bloquear, por su tamaño, posiciones de cambio.
pH. Los suelos presentan distinta capacidad de cambio en función del pH. A pH bajos los hidrogeniones están fuertemente retenidos en las superficies de las partículas, pero a pH altos los H de los grupos carboxílicos primero y de los OH después, se disocian y los H+ pueden ser intercambiados por cationes.
Esto es la consecuencia de que la capacidad de cambio de cationes aumente con el pH.
Los cationes que frecuentemente ocupan las posiciones de cambio en los suelos son: Ca++, Mg++, K+, Na+, H+, Al+++, Fe+++, Fe++, NH4+, Mn++, Cu++ y Zn++.
En los suelo ácidos predominan H+ y Al+++, en los suelos alcalinos predominan las bases fundamentalmente el Na+ y en los neutros el Ca++.
La relación en el complejo de cambio entre los cationes y el H+ + Al+++, expresado en %, representa el grado de saturación
grado de saturación : V=S/Tx100
siendo, T = capacidad de cambio. Mide la cantidad de bases de cambio (T = S + Al+++ + H+)
S = Ca++ + Mg++ + Na+ + K+.
Cuando V > 50% el suelo está saturado.
Si V < 50% el suelo se encuentra desaturado. Las posiciones de cambio están ocupadas principalmente por H+ y Al+++; se trata de un medio pobre en nutrientes.

1.3 Importancia de la capacidad de cambio
Controla la disponibilidad de nutrientes para las plantas: K+, Mg++, Ca++, entre otros.
Interviene en los procesos de floculación - dispersión de arcilla y por consiguiente en el desarrollo de la estructura y estabilidad de los agregados.
Determina el papel del suelo como depurador natural al permitir la retención de elementos contaminantes incorporados al suelo.
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO

Se define como intercambio iónico a los procesos reversibles por los cuales las partículas sólidas del suelo adsorben iones de la fase acuosa liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes, estableciéndose un equilibrio entre ambas fases.

Es un proceso dinámico que se desarrolla en la superficie de las partículas. Como los iones adsorbidos quedan en posición asimilable constituyen la reserva de nutrientes para las plantas.
Las causas que originan el intercambio iónico son los desequilibrios eléctricos de las partículas del suelo. Para neutralizar las cargas se adsorben iones, que se “pegan” a la superficie de las partículas. Quedan débilmente retenidos sobre las partículas del suelo y se pueden intercambiar con la solución del suelo.
Cuanto más superficie tenga el material y más desequilibrada se encuentre, más iones se fijaran.
            Según se intercambien cationes o aniones se habla de capacidad de intercambio catiónico (es el más importante) o aniónico, respectivamente.
La capacidad de intercambio catiónico (CIC) se expresa en miliequivalentes por 100 g de suelo, y es una medida de la cantidad de cationes fácilmente intercambiables que neutralizan la carga negativa existente en el suelo.

La carga negativa de los constituyentes minerales del suelo deriva principalmente, de:

-sustitución isomórfica dentro de la estructura laminar de los filosilicatos,
-disociación de grupos funcionales ácidos en las aristas y superficies externas de arcillas y en compuestos orgánicos,

La carga negativa originada por la sustitución isomórfica es permanente e independiente del pH, nivel de electrolitos o composición de la solución externa. La carga negativa derivada de la disociación de grupos funcionales varía en magnitud de acuerdo al pH, no es por lo tanto una carga permanente sino variable.
A pH bajos los hidrogeniones están fuertemente retenidos en las superficies de las partículas, pero a pH altos los H+ de los grupos carboxílicos primero y fenólicos después, se disocian y pueden ser intercambiados por cationes.
Esto es la consecuencia de que la capacidad de cambio de cationes aumente con el pH.

Además actúan como fuente de cargas variables los óxidos e hidróxidos de aluminio e hierro en suelos ácidos.

Las cargas permanentes en los minerales micáceos como biotita, vermiculita o muscovita pueden ser neutralizadas por adsorción específica y selectiva de potasio o amonio.  Estos cationes intralaminares son fijados en forma difícilmente intercambiable, pero pueden ser desorbidos en los procesos de meteorización o con algunos tratamientos químicos.
La naturaleza de los cationes de cambio pueden modificar el valor de la capacidad de cambio, aumentándola o disminuyéndola, en función de su carga y de su tamaño. Así, los cationes divalentes y trivalentes, al adsorberse pueden aumentar la capacidad de cationes de cambio, mientras que los cationes de gran tamaño (radicales orgánicos) pueden disminuir la CIC al bloquear, por su tamaño, posiciones de cambio.
La CIC de un suelo por lo tanto depende de las condiciones bajo las cuales se la evalúa.  Las condiciones ideales para su cuantificación se darían cuando se trabaja con una solución acuosa que tenga la misma fuerza irónica y composición, el mismo pH y constante dieléctrica que la solución del suelo en condiciones naturales. Como estas condiciones son muy variables en el tiempo y espacio, y difíciles de reproducir en laboratorio, generalmente se trabaja con soluciones estandarizadas con respecto a estos parámetros, para que los datos obtenidos sean aplicables y interpretados universalmente.

Resumiendo, los factores que hacen que un suelo tengan una determinada capacidad de cambio de cationes son varios, entre ellos:
Tamaño de las partículas. Cuanto más pequeña sea la partícula, mas grande será la capacidad de cambio.
Naturaleza de las partículas. La composición y estructura de las partículas influirá en las posibilidades de cambio de sus cationes.


Naturaleza de la partícula
 CIC, meq/100g
 cuarzo y feldespatos
 1-2
 oxidos e hidróx. Fe y Al
 4
 caolinita
 3-15
 ilita y clorita
 10-40
 montmorillonita
 80-150
 vermiculita
 100-160
 materia orgánica
 300-500

Tipo de cationes cambiables (monovalentes, divalentes, de gran tamaño, etc)
pH
La capacidad de intercambio catiónico varía entre 3 meq/100g para arcillas del tipo de la kaolinita hasta  120 meq/100g para montmorillonita, y 200 meq/100g para vermiculita. La materia orgánica contribuye con 200-400 meq/100g. En términos generales se puede considerar que existen 0,5 meq de capacidad de intercambio por cada porciento de arcilla y 2,0 meq por cada porciento de materia orgánica del suelo.
Los cationes que frecuentemente ocupan las posiciones de cambio en los suelos son: Ca++, Mg++, K+, Na+, H+, Al+++Fe+++, Fe++, NH4+, Mn++, Cu++ y Zn++.
En los suelo ácidos predominan H+ y Al+++, en los suelos alcalinos predominan las bases, fundamentalmente el Na+ y en los neutros el Ca++.
Para esquematizar la distribución de estos cationes adsorbidos a las partículas sólidas del suelo se utiliza el modelo de la doble capa difusa (DCD). En este esquema tenemos una capa eléctrica negativa rígida en la fase sólida y una capa difusa de cationes adsorbidos y en equilibrio dinámico con los cationes de la solución del suelo.
La capa difusa de cationes se produce por la tendencia de los cationes a difundirse una cierta distancia desde la superficie del sólido hasta que se alcanza un equilibrio entre las fuerzas de atracción eléctrica de Coulomb y la difusión debida a la energía térmica de los iones. Como consecuencia existe un gradiente de concentración de iones desde la superficie del sólido hacia la solución de mayor a menor, respectivamente. Lógicamente, la configuración de la DCD se verá afectada por la del suelo.
Todos los cationes adsorbidos excepto los protones y aluminio, que constituyen la llamada acidez de reserva, se consideran bases. El porcentaje de saturación de bases expresa la proporción de bases que hay respecto del total de la capacidad de intercambio de cationes (CIC). Así,
porcentaje de saturación de bases : V = S/Tx100
siendo, T = capacidad de intercambio catiónico.  (T = S + acidez de reserva)
S = Ca++ + Mg++ + Na+ + K+.
Cuando V > 50% el suelo está saturado.
Si V < 50% el suelo se encuentra desaturado. Las posiciones de cambio están ocupadas principalmente por H+ y Al+++; se trata de un medio pobre en nutrientes.
Es importante saber entonces, la proporción de bases que contiene un suelo porque indica el potencial de acidez del suelo. Cuánto mayor es el porcentaje de saturación de bases menor acidez de reserva hay en el complejo de intercambio.

Por otra parte, es importante saber cuáles son los cationes dominantes en las superficies de los coloides por su efecto sobre la estructura del suelo.
El calcio tiene un efecto floculante, mientras que el sodio dispersa el suelo. Esta diferencia en su efecto sobre la orientación y cohesión de los coloides entre el calcio y el sodio se debe a la efectividad con la cual neutralizan las cargas negativas de los coloides.  Cuánto más pequeño es el radio hidratado, y cuánto mayor la valencia de un catión, mayor es su poder de flocular el suelo.  Por lo tanto el calcio es más efectivo que el sodio porque es bivalente y tiene un menor radio hidratado (0,56 Calcio, 0,76 Sodio).

El poder relativo de reemplazo entre los cationes también depende de su radio hidratado y sigue el siguiente orden: Li+ < Na+ < K+ < Cs+ < Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+.

Esta regla no se cumple en todos los tipos de arcillas ya que en micas el potasio se adsorbe más fuertemente de lo que se podría esperar dada su valencia y su radio hidratado.

De los cationes intercambiables solamente potasio, calcio y magnesio se consideran macronutrientes. El nivel crítico de potasio es de aproximadamente 80 ppm de K+ intercambiable. Por debajo de este nivel los cultivos demuestran signos de deficiencia, tales como clorosis en las hojas más viejas y necrosis de estas en casos severos. La deficiencia de potasio afecta negativamente la resistencia a la sequía.

Los suelos de la zona semiárida generalmente contienen suficiente cantidad de este nutriente, deficiencias son más comunes en zonas más húmedas del país, donde la lixiviación y el consumo por los cultivos son procesos más importantes.

El valor de CIC total varía según la textura y el contenido de materia orgánica del suelo, entre < de 10 meq/100g en suelos arenosos hasta > de 40 meq/100g en suelos arcillosos con mucha materia orgánica.


FUNDAMENTOS DE LOS METODOS DE MEDICION DE CIC:

La capacidad de adsorción de iones se puede determinar mediante la saturación de la muestra con un ión que ésta prácticamente no contiene y luego determinar la suma de todos los iones reemplazados. 

Otro método consiste en medir la disminución de concentración en la solución saturante que causó la adsorción.

Como tercer alternativa, se puede reemplazar el ión con el que se saturó la muestra por otro, y determinar la cantidad del ión reemplazado.
Para el segundo método se usa normalmente una sola agitación de la muestra en la solución saturante, mientras para el tercer método se hace percolar la solución saturante por la muestra hasta la completa adsorción del ión. En el caso de una sola agitación de la muestra con la solución saturante el intercambio es incompleto, y generalmente se determina solo un 70-90% de la capacidad de intercambio. La efectividad de reemplazo depende de propiedades del ión reemplazante, especialmente de su energía de intercambio. También influye el pH y la concentración de la solución saturante (especialmente en el segundo método).
Por otra parte, el acondicionamiento de la muestra, el tiempo de contacto entre solución saturante y el suelo, entre otros, influyen en el resultado.
 
El método utilizado para la determinación de cationes intercambiables y la capacidad total de intercambio que tenga el suelo consiste en cuatro pasos:

- Primero se emplea una solución concentrada de amonio para reemplazar y liberar los cationes propios del suelo, los cuales, de esta manera se pueden cuantificar individualmente en la solución sobrenadante. Nos han quedado entonces los NH4 adsorbidos al suelo, saturando todas las cargas negativas de éste.

- Luego se satura el suelo con sodio, empleando una solución de alta concentración de este catión, para reemplazar todos los NH4 adsorbidos (procedimiento efectuado en el paso anterior), por Na.

- Se elimina el sodio no adsorbido (y que han quedado en la solución sobrenadante) por lavados con etanol.

- Finalmente se extrae el sodio adsorbido por saturación del complejo con amonio. Los cationes amonio reemplazan a los de Na, quedando éstos en solución. La valoración del sodio en la solución extraída representa el total de cargas disponibles para el intercambio catiónico (CIC total o valor T).

El procedimiento es simple y confiable, aunque, especialmente en zonas áridas, puede llevar a sobrestimar Ca y Mg intercambiable por la disolución y extracción de carbonatos de Ca y Mg, o yeso.


DETERMINACION DE LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO


Materiales:

1.Solución de Acetato de Sodio 1 N: Se disuelven 136 g de acetato de sodio trihidratado y se enrasa a 1 litro en matraz aforado. El pH debe ser aproximadamente de 8,2.

2.Etanol al 95 por ciento.

3.Solución de acetato de amonio 1 N: A 700 ml de agua se agregan 57 ml de ácido acético concentrado y luego 68 ml de hidróxido de amonio concentrado. Se diluye a 1 litro y se ajusta el pH a 7 agregando mas ácido o hidróxido.

Procedimiento:

Se pesan 5 gramos de suelo a un tubo de centrífuga y se corrige el peso por el factor de corrección de humedad.

1.Reemplazo de cationes intercambiables por amonio:
Se agregan 33 ml de acetato de amonio agitando durante 5 minutos.
Se centrifuga 5 minutos a 1000 r.p.m. para que el líquido quede claro. Se decanta lo más completo que sea posible a un matraz aforado de 250 ml. Este procedimiento se repite dos veces más, y se completa el volumen del matraz con acetato de amonio. Esta solución contiene los cationes intercambiables del suelo, reemplazados por el amonio. Las concentraciones de los distintos cationes se determinan por los métodos descriptos abajo.

2.Saturación con sodio:
Se agregan  33 ml de acetato de sodio, se agita durante 5 minutos, se centrifuga 5 min. a 1000 rpm y se descarta el sobrenadante. Esta operación se repite en total tres veces para asegurar una completa saturación sódica.

3.Lavado del exceso de sodio no intercambiable:
Se agregan 33 ml de etanol al tubo, se tapa y agita por cinco minutos luego se centrifuga hasta que el líquido quede claro, se decanta y deshecha el líquido. Repetir este lavado dos veces más con 33 ml de etanol.

4.Reemplazo de sodio por amonio:
Se agregan 33 ml de acetato de amonio al tubo, se tapa y se agita por 5 minutos y se centrifuga hasta que el líquido quede claro, se decanta y se guarda el sobrenadante en un matraz aforado de 250 ml. La operación se repite dos veces más.

Si al completar los tres centrifugados el matraz no se ha completado, se completa a volumen con la solución de acetato de amonio, y se procede a determinar sodio por fotometría de llama.


Determinación de CALCIO + MAGNESIO:

Se toman 10 ml del extracto obtenido en el paso 1, se colocan en un erlenmeyer de 250 ml, se adicionan 10 ml de solución buffer (Cloruro de amonio-hidróxido de amonio) con lo que se logra un pH aproximado a 10.
Se añade indicador y se titula con solución de EDTA 0,01 N hasta el viraje del color.
De esta manera tiene:
               meq Ca + Mg  = ml gastado EDTA x N EDTA
              10 ml extracto................meq Ca  + Mg
             250 ml extracto................meq Ca  + Mg * 25
Los meq de Ca + Mg calculados para 250 ml de extracto corresponden a su vez a 5 g de suelo.
                5 g de suelo................meq Ca + Mg *25
          100 g de suelo.................meq Ca + Mg *25*100/5
El factor resultante es igual a 5.
                                        

Determinación de CALCIO:
Se toman 10 ml de extracto, se agregan 20 ml de agua en un erlenmeyer de 250 ml, se agregan 10 ml de hidróxido de sodio al 10 % y indicador, y se titula con solución de EDTA 0,01 N. El punto final está dado por coloración rosada o rosado pálido.

Cálculo:  ídem Ca + Mg


Determinación de MAGNESIO:

Se realiza por diferencia de las determinaciones anteriores, es decir que:
        meq Mg/100 g = (meq Ca+Mg/100g) - (meq Ca/100g)


Determinación de SODIO:

Se realiza por fotometría de llama, se procede de la siguiente manera:
- Dar paso al gas, encender el fotómetro.
- Poner en marcha el compresor, ajustar la presión a la indicada  por el aparato y esperar que se estabilice, observar la llama que debe presentar un mínimo de conos fríos.
- Poner la perilla en el punto correspondiente a sodio.
- Nebulizar con agua bi-destilada llevando el botón de sensibilidad al máximo.
- Ajustar la aguja a cero con el macro y el  micro.
- Nebulizar con la solución patrón de cloruro de sodio de 0.4 meq/l y llevar la aguja con la perilla de sensibilidad a 50 de la escala.
- Nebulizar con una alícuota del extracto.

Según la respuesta del aparato se diluye la muestra hasta obtener una lectura entre 40 y 60 de la escala, dado que en este rango posee mayor sensibilidad y por ende mayor precisión.


CALCULO:

50 (L.P.) = 0.4 meq/l
                                                  0,4 meq/l 
                           [Na] meq/l =                     * L.M.
                                                      50
L.P.= lectura patrón
L.M.= lectura muestra     


                                              [Na] meq/l *  250 ml * 100
           [Na] meq/100 g =                             
                                                     1000 ml/l *  5 g




Determinación de POTASIO:

Se realiza al igual que sodio, o sea por fotometría de llama. En este caso se debe nebulizar con solución patrón de cloruro de potasio de 0.6 meq/l.
Los cálculos se obtienen de la misma forma que para sodio.

Nota: Para la determinación de potasio se debe cambiar el filtro del aparato, introduciendo el correspondiente a ese catión.

PREPARACION DE LAS SOLUCIONES UTILIZADAS:

Buffer de cloruro de amonio-hidróxido de amonio: Se disuelven 67,5 g de cloruro de amonio, 570 ml de hidróxido de amonio concentrado y se diluye a 1 litro.

EDTA 0,01 N: 2 g de EDTA y 0,05 g de cloruro de magnesio se llevan a 1 litro. Se valora la solución con 20 ml de solución standard de cloruro de calcio 0,01 N. Se disuelven 0,5 g de carbonato de calcio en 10 ml de ácido clorhídrico 3 N, se lleva a 1 litro.
                Luego:    V . N =  V' . N'

Indicador negro de eriocromo T: 0,5 g de eriocromo T y 4,5 g de hidrocloruro de hidroxilamina en 100 ml de alcohol metílico al 95%.





[1][1] El factor de dilución va a depender del peso del suelo usado, del volumen de la solución extractora utilizado y de la dilución empleada, en caso de ser necesario.

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