Propiedades del Suelo con influencia en la Contaminación

� En su mayor parte se trata de propiedades derivadas:

� propiedades de superficie� propiedades de superficie

� propiedades de carga de los constituyentes del suelo

� No pueden ser desligadas unas de otras la mayoría de las veces

Propiedades de superficie:

�Determinadas sobre todo por los constituyentes minerales: arcillas, óxidos, hidróxidos,....

�Conforme: Tamaño/unidad de peso

Superficie Reactividad

�Arcillas expansibles : tener en cuenta, además, las superficies internas o interfoliares

�Espacios interlaminares : posiciones de adsorción de elementos y agua

�El suelo presenta, por tanto, una gran �El suelo presenta, por tanto, una gran superficie de contacto con los elementos que le llegan

excelente medio para las reacciones

Reactor químico Catalizador

Propiedades de carga

� Derivadas de la carga eléctrica de los constituyentes del suelo

Tipos y origen de las cargas1.- Carga fija :

� Sobre minerales de la arcilla fundamentalmente

� Enlaces rotos : aristas, planos interfoliares: función del tamaño de partícula y, por tanto, también de la cristalinidad

� Sustituciones isomórficas : de Si por Al (tetraédrica), de Al por Mg o Fe (octaédrica)

� Grupos OH de planos externos que pueden disociarse

� Al tratarse de minerales electronegativos fijan cationes

2.- Carga variable :

� cargas que aparecen en algunos constituyentes y cuya intensidad aparece ligada de forma muy estrecha al pH:

a)Carga Negativa :

� Materia orgánica del suelo sobre todo

� Grupos funcionales: OH, COOH, fenoles,…

� Afinidad para actuar sobre metales

� Disociación de grupos funcionales presencia cargas negativas en materia orgánica = f (pH)

� A medida que aumenta el pH, mayor es la disociación y mayor la carga

b) Carga positiva

� Afecta sobre todo a los óxidos e hidróxidos de Fe, Al y Mn

� Pueden actuar aceptando protones del medio, adquiriendo así una carga positiva: acción sobre la adsorción de aniones

� Carga positiva afectada por varias causas, muy particularmente el pH:

� la carga negativa aumenta y la positiva disminuye al aumentar el pH, resultado de:

� la ionización de grupos ácidos

� la disminución de H+ y su incorporación a grupos básicos

Punto de carga cero: ZPC

� Valor del pH al cual la carga superficial neta resultante es cero, valor específico para cada constituyente del suelo

�pH del medio > ZPC : carga negativa: se adsorben cationescationes

�pH del medio < ZPC : carga positiva: se adsorben aniones

�ZPC óxidos de Fe y Al : entre 7 y 9: suelos ácidos adsorción de aniones (PO4

3-, SO42-, …):

necesidad de fertilización

TIPOS DE PROPIEDADES

1. PROPIEDADES FÍSICAS:1. Textura. Estructura. Porosidad. Permeabilidad

2. Color, Temperatura. Calor específico

2. PROPIEDADES QUÍMICAS Y FISICOQUÍMICAS :

1. Capacidad de cambio iónico

2. pH. Amortiguación. CNA

3. Fuerza iónica / Salinidad

3. PROPIEDADES REDOX

4. PROPIEDADES MICROBIOLÓGICAS

Propiedades físicas

� Ligadas básicamente al tamaño de partícula

Textura . Estructura . Porosidad . Permeabilidad

� Textura : % partículas de cada tipo de tamaño del suelo: arena, limo, arcilla : conforme aumenta el tamaño de arena, limo, arcilla : conforme aumenta el tamaño de partícula mayor es la macroporosidad y al contrario

� Estructura : Forma cómo se asocian entre sí las partículas dando agregados de distinto tipo: Fisuración, agrietamiento: espacios vacíos: porosidad

� Textura y estructura

Porosidad Permeabilidad

� Determina:

a) Superficie de contacto con contaminantes

b) Aireación : condiciones redox

filtrar gases, sólidos, líquidosa) Porosidad adecuada :

permitir contacto con superficies activas

Condiciones :

� Mínimo 12 % arcilla para buenas condiciones estructurales� < 6 % arcilla: inestabilidad estructural

� 25-30 % arcilla: estructura compacta� Relación arcilla/arena < 1/3

b) Aireación/potencial redox:

� Mantenimiento de niveles de O2 suficientes para la respiración raíces y organismos potencial redox.

�Contenidos elevados de arcilla o procesos que reduzcan la porosidad degradación estructura impermeabilidad

condiciones reductoras e hidromorfas condiciones reductoras e hidromorfas movilización de metales en forma reducida

�Influencia en la erosión : una buena porosidad y estabilidad estructural permiten:

� buen drenaje interno � disminución escorrentía

� disminución pérdidas de suelo � disminución riesgo de dispersión de la contaminación

Color del suelo. Temperatura. Calor específico

* Intercambios de calor con el medio, desarrollo y actividad microorganismos, etc.

Color del sueloColor del suelo

� Color claro , blanquecino: sales, carbonatos, yeso, cuarzo...

� Color oscuro , negro: materia orgánica, óxidos de Mn, � Color oscuro , negro: materia orgánica, óxidos de Mn,

� Color verde, azulado, grisáceo : Fe en forma reducida

� Color del rojo al amarillo pasando por el pardo : Fe en forma oxidada

� Moteados de diversos colores

� Influencia de los colores en la absorción de calor y la Tª del suelo

Temperatura del suelo. Calor específico

�La Conductividad térmica del suelo, ligada al calor específico del mismo, determina los intercambios de calor específico del mismo, determina los intercambios de calor con el medio y las variaciones de Tª.

�Suelos arenosos experimentan variaciones de Tª más rápidas que los suelos arcillosos (Ce más alto).

►►►►Aumento de Tª :

ejerce un efecto estimulante sobre:

■crecimiento plantas■descomposición materia orgánica■alteración mineral ■crecimiento y desarrollo de microorganismos ■aceleración actividades metabólicas■aceleración actividades metabólicas

■degradación de sustancias orgánicas diversas:

a) destrucción completab) aumento alterabilidad

�Control sobre reacciones fotolíticas y térmicas

Propiedades químicas y fisicoquímicas

Capacidad de cambio iónico

� Capacidad que presenta el suelo para intercambiar iones con una solución puesta en su contacto:iones con una solución puesta en su contacto:

Complejo de cambio-(Na +, K+, Ca2+, Mg2+) + solución (NH 4+)

Complejo de cambio - NH 4+ + solución (Na +, K+, Ca2+, Mg2+)

pH. Amortiguación. Capacidad de Neutralización de ácidos (CNA)

Reacciones disolución/precipitación, resistencia frente a los cambios de pH del medio, capacidad para compensar la

introducción de sustancias ácidas en el suelo

�pH: ligado a la presencia de iones H que se disocian en la disolución del suelo: -log (H3O+)

►Sustancias del suelo: H+: Arcilla, humus, CO2,

OH-: CO3=, ox. de Fe y Al

►Importancia a nivel de reacciones de precipitación/disolución y adsorción/desorciónde metales, así como de degradación de sustancias orgánicas

CH3-COOH + H2O CH3-COO- + H3O+CH3-COOH + H2O CH3-COO + H3O

�Naturaleza de ácido débil Poder tampón o capacidad de amortiguación : resistencia que presenta el medio a los cambios de pH provocados por la incorporación de agentes ajenos al mismo.

Capacidad de neutralización de ácidos: CNA

� capacidad del suelo para compensar la disminución de pH provocada por la incorporación al mismo de una sustancia ácida: problemas derivados de la lluvia ácida

� Diferente CNA según los suelos y con distintos mecanismos:

�S. Salinos y calizos : CNA elevada, procesos de disolución, cinética rápida.

�S. próximos a la neutralidad : proceso de cambio de cationes: CNA varía con el grado de saturación y la hidrólisis minerales primarios

�S. Ácidos : hidrólisis ácida minerales primarios y �S. Ácidos : hidrólisis ácida minerales primarios y transformación de especies alumínicas

►La eficacia de estos mecanismos de hidrólisis depende no sólo de la cantidad de minerales primarios presentes sino también de la cinética de la reacción

Fuerza iónica/Salinidad

Contenido en sales de la disolución del suelo

� Aumento de salinidad o presencia en el suelo de un alto contenido en sales (alta fuerza iónica ) puede incrementar la movilización de metales pesados bien se encuentren en el suelo o sean aportados desde fuerafuera

� Los cationes presentes: Ca, Mg, Na y K, sobre todo, pueden reemplazar a metales pesados de posiciones de adsorción o de cambio en el suelo

� Los aniones (Cl- sobre todo y también SO4= ) tienen

gran capacidad complejante, dando complejos solubles estables con metales como Cd, Zn, Hg, etc.

Propiedades redox

a Ox + n e- --------- b Red

0’058 (Ox) a

Eh = Eo + -------- lg ------------n (Red) b

� Eh ligado a la fase gaseosa del suelo y al equilibrio que � Eh ligado a la fase gaseosa del suelo y al equilibrio que mantiene con la fase líquida: inversamente proporcional una y otra

� Afectado también por la porosidad, actividad microbiana, pH, materia orgánica

� Afecta a elementos que pueden aparecer en más de un estado de oxidación: Fe (2 y 3), Mn (2, 4 y 7), Cr (3 y 6), etc

Eh (mv) :

�parámetro que expresa las propiedades oxidantes o reductoras de un suelo y pone de manifiesto:

� capacidad del suelo para satisfacer las � capacidad del suelo para satisfacer las necesidades de O2 de raíces y microorganismos

� influencia actividad metabólica

� degradación de sustancias orgánicas

� Previsión de comportamiento de ciertos iones con distinto grado de oxidación

Propiedades microbiológicas

� Derivadas de la presencia de organismos y microorganismos del suelo:

�Microflora : 104-107 unidades/gramo

�Microfauna : 103-105 “ “

cuya actividad metabólica y enzimática ejerce influencia en las propiedades del suelo en relación con la contaminación

�Influencia en diversas propiedades del medio :

�Producción de sustancia complejantes

�Influencia en el pH a través de sus productos de metabolismo: acidificantes (nitrificantes, sulfoxidantes) o alcalinizantes: productoras de NH3.

�Influencia en el Eh: consumo de O2: respiración, actividades metabólicas

� Fe (Thiobacillium)� Mn (Metallogenium)� Mn (Metallogenium)

� Metabolización de sustancias orgánicas: degradación de algunos compuestos tóxicos

� Por tanto un suelo con buenas propiedades microbiológicas presenta una mayor capacidad de amortiguación de los efectos tóxicos derivados de la incorporación de compuestos ajenos al medio