Intercambio Iónico en el Suelo
Introducción: La capacidad del suelo para retener sustancias es un fenómeno conocido desde hace mucho tiempo. En el siglo XIX, se observó que al pasar orina de ganado a través de una columna de suelo, el líquido resultante era incoloro e inodoro. Además, se comprobó que el suelo podía extraer sales y colorantes de una solución. Estas reacciones se explican por el intercambio iónico entre la solución y el material sólido del suelo.
Definición de Intercambio Iónico
El intercambio iónico se define como un proceso reversible en el cual las partículas sólidas del suelo adsorben iones de la fase acuosa, liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes. Este proceso crea un equilibrio dinámico entre ambas fases. En el suelo, el intercambio de cationes es predominante sobre el de aniones, por lo que se suele utilizar el término cambio de bases.
Causas del Intercambio Iónico
Los desequilibrios eléctricos en las partículas del suelo son la principal causa del intercambio iónico. Para neutralizar estas cargas, se adsorben iones en la superficie de las partículas, quedando débilmente retenidos y pudiendo intercambiarse con la solución del suelo. La cantidad de iones que se fijan depende de la superficie del material y de su desequilibrio eléctrico. Cuanto mayor sea la superficie y el desequilibrio, mayor será la cantidad de iones fijados.
Causas en Arcillas
- Sustituciones atómicas dentro de la red cristalina.
- Existencia de bordes rotos.
- Disociación de los grupos hidroxilo (OH) basales.
- Presencia de iones en las superficies internas de las arcillas.
Causas en Materia Orgánica
- Disociación de los grupos hidroxilo (OH).
- Disociación de los grupos carboxilo (COOH).
Factores que Influyen en el Intercambio Iónico
- Tamaño de las partículas.
- Naturaleza de la partícula.
- pH del suelo.
Características del Intercambio Iónico
- Existe una relación estricta de equivalencia entre los cationes intercambiados.
- El cambio es limitado y se alcanza un equilibrio.
- El fenómeno es reversible en la mayoría de los casos, aunque los cationes polivalentes pueden ser más difíciles de intercambiar debido a la formación de enlaces covalentes fuertes.
- El cambio tiene un carácter preferencial o selectivo.
- Se cumple la ley de acción de masas: la dirección de la reacción depende de las concentraciones relativas de los iones.
Importancia del Intercambio Iónico
- Los cationes adsorbidos en el complejo de cambio quedan en posición asimilable, constituyendo la reserva de nutrientes para las plantas. Por lo tanto, el intercambio iónico controla la fertilidad del suelo.
- Interviene en los procesos de floculación-dispersión de las arcillas y en el desarrollo y estabilidad de los agregados estructurales.
- Determina el papel del suelo como depurador natural al permitir la retención de elementos contaminantes, como metales pesados y residuos de plaguicidas.
- La clasificación de los suelos se basa, en ocasiones, en su capacidad de cambio (Luvisoles, Lixisoles, Acrisoles, etc.).
- Algunos horizontes diagnósticos empleados para la clasificación de suelos se caracterizan por el estado del complejo de cambio (nátrico, móllico, úmbrico, etc.).
pH del Suelo
El pH es una propiedad que indica el grado de acidez o basicidad del suelo. Se expresa como el logaritmo negativo de la actividad de los protones (H+) en fase acuosa: pH = -log(H+). En el suelo, los H+ se encuentran tanto en la solución como en el complejo de cambio. Se distinguen dos tipos de acidez:
Tipos de Acidez
- Acidez real o activa: se determina en una suspensión 1:1 suelo-agua destilada.
- Acidez potencial o intercambiable: se determina en una suspensión 1:1 suelo-solución KCl 1 M. Esta solución desplaza los H+ y Al3+ adsorbidos en el complejo de cambio. Este pH suele ser entre 0.5 y 1 unidad más bajo que el medido en agua.
Ambos tipos de acidez están en equilibrio dinámico. Si se eliminan H+ de la solución, se liberan otros tantos H+ adsorbidos. Por esta razón, el suelo presenta resistencia a las modificaciones de su pH, es decir, está fuertemente tamponado.
Factores que Influyen en el pH
- Naturaleza del material original: roca ácida o básica.
- Organismos: los residuos de la actividad orgánica son de naturaleza ácida.
- Complejo adsorbente: depende de si está saturado con cationes de reacción básica o ácida.
- Precipitaciones: las precipitaciones intensas tienden a acidificar el suelo por el efecto de lavado de bases del complejo de adsorción.
Importancia del pH
El pH influye en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo.
Influencia en Propiedades Físicas
- A pH muy ácido, se produce una intensa alteración de minerales y la estructura se vuelve inestable.
- A pH alcalino, las arcillas se dispersan, se destruye la estructura, disminuye la conductividad hidráulica y se incrementa la erosión.
- Los pH neutros son los mejores para las propiedades físicas del suelo.
Influencia en Propiedades Químicas
- Movilidad y biodisponibilidad de nutrientes y elementos que pueden resultar tóxicos.
- Efecto depurador con funciones medioambientales.
Influencia en Propiedades Biológicas
- Los aumentos de acidez disminuyen las bacterias y actinomicetos e incrementan los hongos en el suelo.
- Condiciona la fauna y la vegetación del suelo, así como los tipos de cultivos que se pueden desarrollar.
Poder de Amortiguación del Suelo
El poder de amortiguación del suelo se refiere a la resistencia que presenta a modificar su pH cuando se añade un ácido o una base. Es una propiedad crucial, ya que permite mantener el pH dentro de unos límites estrechos, evitando cambios bruscos que podrían afectar negativamente a los organismos del suelo y, en especial, al aprovechamiento de los nutrientes por las plantas. El poder de amortiguación está directamente relacionado con el contenido de coloides y con la capacidad de cambio catiónico (CCC) del suelo. Cuanto mayor sea la CCC, mayor será su poder de amortiguación.