CÁTIONS TROCÁVEIS E CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS

Cátions (ou bases) trocáveis são comumente definidos como os metais alcalinos e alcalinos terrosos, principalmente cálcio, magnésio, potássio e sódio, ligados à argila e constituintes orgânicos de solos e que podem ser trocados por outros íons de carga positiva presentes na solução do solo. O total destes cátions, mais hidrogênio, alumínio, ferro, manganês, amônio e outros cátions mantidos em forma trocável, irão compor a capacidade de troca de cátions de um solo (CHAPMAN, 1965).

Na maioria dos solos, as quantidades presentes de cálcio, magnésio, potássio e sódio segue esta ordem, contudo, em solos salinos o sódio pode ser o cátion predominante, encontrado em concentrações bem superiores aos demais (de cerca de muitos cmolc/dm3) (THOMAS, 1982).

Diversos métodos têm sido sugeridos para determinar os cátions individuais e somá-los, contudo, sugere-se que o acetato de amônio deva ser preferido em relação a todos os outros extratores, principalmente pela facilidade analítica e pelo uso de um único extrator para todos os cátions (JACKSON, 1958; CHAPMAN, 1965; HESSE, 1972).

Porém, deve-se estar atento para a situação de cada solo em particular, pois três fatores tendem a elevar a quantidade dos cátions extraídos com acetato de amônio sobre a quantidade realmente trocável: (a) a presença de sais solúveis no solo; (b) alguma liberação de cátions pelo intemperismo de minerais silicatados durante uma prolongada extração, que pode ser controlada por um tempo e técnica de extração padronizados; e (c) a dissolução de carbonatos de cálcio e magnésio que porventura existam no solo (JACKSON, 1958).

Para a obtenção de resultados mais precisos de cátions trocáveis, deve-se fazer a subtração dos cátions solúveis encontrados nos extratos de saturação (item 1) daqueles encontrados com a extração com acetato de amônio. Outra forma de suplantar este problema é fazendo a remoção dos cátions solúveis pela lixiviação do solo com etanol a 40 % até que o lixiviado torne-se livre de cloretos, antes da extração com acetato de amônio (JACKSON, 1958).

2.1. Cátions trocáveis:

Segundo TAN (1996), o uso do acetato de amônio foi proposto inicialmente como um método para determinação da capacidade de troca de cátions por Schollenberger e Dreibelbis em 1933. A partir daí, tem sido revisado por diversos pesquisadores, e mais recentemente (1982) foi listado como um método para a determinação das bases trocáveis por Thomas.

Segundo PEREIRA (1981), para solos salinos de um perímetro irrigado do Nordeste do Brasil, o método analítico que forneceu a melhor estimativa dos cátions trocáveis (Ca, Mg, Na e K) foi o da extração com acetato de amônio, com lavagem prévia com álcool etílico a 95 %.

No método de extração dos cátions trocáveis exposto, uma amostra de solo é colocada em equilíbrio com uma solução concentrada de acetato de amônio para promover a troca máxima em pouco tempo (THOMAS, 1982). Desta forma, os cátions trocáveis são extraídos, podendo ser depois determinados em fotômetro de chama (Na e K), espectrofotômetro de absorção atômica (Ca, Mg, Na e K), ou por titulação conforme descrito anteriormente para os elementos solúveis (itens 1.2.3; 1.2.4 e 1.2.5).

Obs: É preciso ter o cuidado de acrescentar o extrator, no caso o acetato de amônio, ao realizar a dosagem da curva para os métodos de determinação que usarem curvas de calibração dos elementos.

Para solos com elevados teores de sais solúveis, faz-se necessário a realização de lavagens com álcool, para eliminá-los antes da extração dos cátions trocáveis.

Extração com acetato de amônio 1,0 mol/L: Material necessário:

• Centríguga; •  Agitador;

• Vidrarias: balões volumétricos, provetas e bécher.

Reagentes necessários:

•  Acetato de amônio (NH4OAc) 1 mol/L, pH 7,0:

 Adicionar 57 mL de ácido acético concentrado a 800 mL de água destilada em um bécher; posteriormente, acrescentar 70 mL de hidróxido de amônio (NH4OH)

concentrado e agitar vigorosamente; deixar esfriar e ajustar o pH para 7,0 com hidróxido de amônio ou ácido acético; transferir para balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada;

• Etanol a 95 %

Procedimento analítico:

• Tomar 5 g de TFSA e colocar em tubo de centrífuga de 50 mL;

• Para solos com sais solúveis em excesso, o processo de lavagem consiste de:

adicionar 33 mL de etanol ao tubo de centrífuga, fechar com rolha de borracha e agitar  durante 1 minuto; centrifugar a 2.000 rpm por 5 minutos e descartar o líquido sobrenadante; repetir esta operação até a reação neutra a cloretos no sobrenadante (reagir o líquido com nitrato de prata);

•  Após a lavagem ser completada (apenas para solos que exijam), adicionar 33 mL da

solução de acetato de amônio ao tubo de centrífuga, fechar com rolha de borracha e agitar por cinco minutos; centrifugar e recolher a solução sobrenadante em balão volumétrico de 100 mL;

• Repetir a operação com acetato duas vezes, recolhendo a solução no mesmo balão e

completando o volume deste com acetato de amônio;

• Determinar sódio, cálcio, magnésio e potássio no extrato (balão) pelas metodologias

descritas para os cátions solúveis (itens 1.2.3; 1.2.4 e 1.2.5).

THOMAS (1982) descreve uma forma alternativa de extrair os cátions trocáveis pelo mesmo método, apenas substituindo a agitação e a centrifugação pela sucção em funil de bucner, que será suscintamente apresentado abaixo:

Procedimento com funil de bucner:

• Colocar 10 g de amostra de solo em erlenmeyer de 125 mL e adicionar 

aproximadamente 40 mL de acetato de amônio;

•  Agitar manualmente e deixar em repouso por 1 hora ou mais;

• Transferir a suspensão solo-solução a um funil de bucner forrado com papel de

filtragem lenta e conectado a um sistema de vácuo por intermédio de um erlenmeyer  de 250 mL;

• Transferir o solo remanescente para o funil com adições sucessivas de 10 mL de

acetato de amônio, até um volume final de 90 mL no erlenmeyer de recolhimento do volume drenado;

• Transferir o extrato para balão de 100 mL e completar o volume com acetato de

amônio;

• Determinar as concentrações de sódio, cálcio, magnésio e potássio nos extratos

obtidos (itens 1.2.3; 1.2.4 e 1.2.5). 2.2. Capacidade de troca de cátions:

 A capacidade de troca de cátions (CTC) de solos é definida como a capacidade que os solos têm de adsorver e trocar cátions. Cientificamente, está relacionada à superfície de área e à carga superficial das partículas coloidais que compõem o solo (TAN, 1993).

 As argilas e a matéria orgânica são as partículas coloidais com grandes áreas superficiais e responsáveis por grande parte das cargas elétricas geradas nos solos (TAN,

1996). Estas cargas, geralmente negativas, são neutralizadas pelos cátions, mantidos eletrostaticamente na superfície dos colóides dos solos.

Os cátions adsorvidos podem ser substituídos ou trocados por outros cátions da solução do solo. A capacidade de um solo manter, ou adsorver, cátions trocáveis é chamada “capacidade de troca de cátions”, que é uma medida quantitativa de todos os cátions adsorvidos na superfície dos colóides do solo (TAN, 1996).

Os valores de CTC podem variar consideravelmente, dependendo do conceito usado de CTC, dos métodos de análises, dos tipos e da quantidade de colóides presentes no solo (CHAPMAN, 1965; TAN, 1993).

Muitos métodos têm sido propostos para a determinação da CTC de solos, podendo ser agrupados em algumas categorias (CHAPMAN, 1965; RHOADES, 1982): a) Os cátions trocáveis podem ser substituídos por uma solução salina saturada e a CTC considerada como a soma dos cátions trocáveis presentes no extrato (método da soma); b) Após o complexo de troca do solo ter sido saturado com um cátion índice, sem nenhum tratamento adicional, o cátion adsorvido pode ser substituído diretamente por outra solução salina. O cátion saturante e o ânion são então determinados no extrato e sua diferença é considerada como a CTC do solo (método da remoção direta);

c) Quando os pontos de troca são saturados com um cátion índice, a amostra pode ser  lavada para retirar o excesso do sal e a quantidade do cátion índice adsorvido pode ser  removido e determinado (método da remoção com lavagem);.

d) Após a saturação do complexo de troca com um cátion índice, a solução saturante pode ser diluída e marcada com um isótopo radioativo do cátion saturante. Determina-se, então, a concentração do cátion índice na solução e a distribuição do isótopo entre as duas fases é dada pela medida da radiação na solução e solo mais solução (método do traçador radioativo).

Resultados variáveis podem ser encontrados nas análises envolvendo estas fases de saturação, lavagem, extração e determinação, além das complicações pela presença de carbonatos, gesso e sais nos solos, principalmente naqueles de regiões áridas.

Comparando três métodos de determinação da capacidade de troca de cátions em solos calcários, VAN BLADEL et al. (1975) concluíram que o método do acetato de

sódio e o de Bascomb (cloreto de bário e sulfato de magnésio) parecem fornecer  resultados mais confiáveis para a CTC dos solos estudados.

Para solos do Nordeste do Brasil, com pH em torno da neutralidade e sem apresentar carbonato de cálcio ou gesso, o método que usa o sódio como cátion índice (CHAPMAN, 1965; MAGALHÃES, 1987) tem sido usado largamente com sucesso. No método proposto, uma amostra de solo é saturada com sódio e posteriormente lavada com etanol para retirar o excesso do sal. O sódio será retirado na etapa seguinte com outro cátion e determinado em fotômetro de chama ou espectrofotômetro de absorção atômica.

Material necessário:

• Centríguga; •  Agitador;

• Vidrarias: balões, pipetas, provetas, bécher.

Reagentes necessários:

• Solução de acetato de sódio 1,0 mol/L, pH 8,2:

Dissolver 136,0 g de acetato de sódio trihidratado (NaC2H3O2.3H2O) em 990 mL de

água destilada; ajustar o pH para 8,2 com solução de NaOH 1,0 mol/L e completar o volume para 1 L;

• Solução de acetato de amônio 1,0 mol/L, pH 7,0:

 Adicionar 57 mL de ácido acético concentrado a 800 mL de água destilada em um bécher; posteriormente, acrescentar 70 mL de hidróxido de amônio (NH4OH)

concentrado e agitar vigorosamente; deixar esfriar e ajustar o pH para 7,0 com hidróxido de amônio ou ácido acético; transferir para balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada;

• Etanol a 95 %;

• Pesar 5 g de amostra de solo e colocar em tubo de centrífuga de 50 mL;

•  Adicionar 33 mL da solução de acetato de sódio, fechar o tubo com rolha de borracha

e agitar por 5 minutos;

• Centrifugar por 5 minutos a 2.000 rpm e descartar a solução sobrenadante; • Repetir a operação por mais duas vezes;

• Para a lavagem do excesso de solução de acetato de sódio, adicionar 30 mL de

etanol, agitar, centrifugar e descartar; repetindo esta operação por mais duas vezes;

• Finalmente, adicionar 33 mL da solução de acetato de amônio na amostra, fechar o

tubo de centrífuga, agitar por 5 minutos, centrifugar a 2.000 rpm por 5 minutos e recolher a solução sobrenadante em balão de 100 mL; repetir esta operação por mais duas vezes e completar o volume do balão com acetato de amônio;

• Determinar o sódio em fotômetro de chama ou espectrofotômetro de absorção

atômica, conforme metodologia descrita no item 1.2.3. Vale salientar que para a determinação de sódio neste extrato na dosagem da curva padrão também deverá conter o extrator, para manter o mesmo efeito matriz das amostras.

O método do acetato de amônio e acetato de sódio tem sido usado amplamente para a determinação da CTC, entretanto, conduz a erros significativos em solos que contém carbonato de cálcio, gesso, zeolitas, feldspatos ou vermiculitas. Por isso, RHOADES (1982) sugere uma modificação no método para solos de regiões áridas, mesmo contendo carbonatos, gesso e zeolitas.

Material necessário:

• Centrífuga; •  Agitador; • Vidrarias:

Reagentes necessários:

• Solução saturante (NaOAc 0,4 mol/L – NaCl 0,1 mol/L, etanol 60 %, pH 8,2) Misturar 

544,32 g de acetato de sódio trihidratado (NaOAc.3H2O), 58,44 g de cloreto de sódio

adicionando hidróxido de sódio (NaOH) 6 mol/L. Determinar a relação Na/Cl desta solução;

• Solução extratora (0,25 mol/L de nitrato de magnésio)

Pesar 641,1 g de Mg(NO3)2.6H2O e diluir para 10 L.

Procedimento analítico:

• Tomar amostras de 5 g de TFSA e colocar em tubos de centrífuga;

•  Adicionar 33 mL da solução saturante, fechar o tubo e agitar por 5 minutos; centrifugar 

a 2.000 rpm por 5 minutos; descartar o líquido sobrenadante; repetir o procedimento por mais três vezes;

•  Adicionar 33 mL da solução extratora ao tubo de centrífuga, fechar e agitar por 5

minutos; centrifugar a 2.000 rpm por 5 minutos e recolher a solução sobrenadante em balão de 100 mL; repetir a extração mais duas vezes, recolhendo a solução no mesmo balão e completando o volume para 100 mL com a solução extratora;

• Determinar o sódio total (Nat) e o cloreto total (Clt) neste extrato. O cloreto é

determinado de maneira que o sódio solúvel (Nasol) liberado na fase de saturação para

a de extração possa ser deduzido do sódio total para a obtenção do sódio trocável (Natroc):

CTC = (Nat – Nasol) = Nat – (Clt) (Na/Cl)sol.sat

3. OUTRAS DETERMINAÇÕES