Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
Embrapa Solos
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

Manual de Métodos de Análise de Solo

3ª edição revista e ampliada

Paulo César Teixeira
Guilherme Kangussu Donagemma
Ademir Fontana
Wenceslau Geraldes Teixeira

Editores Técnicos

Embrapa
Brasília, DF
2017

Embrapa Solos

Endereço: Rua Jardim Botânico, 1024. Jardim Botânico

CEP: 22460-000 - Rio de Janeiro, RJ

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Unidade responsável pelo conteúdo e edição

Embrapa Solos

Comitê de Publicações da Embrapa Solos

Presidente: José Carlos Polidoro

Secretário-Executivo: Jacqueline Silva Rezende Mattos

Membros: Ademar Barros da Silva, Adriana Vieira de C. de Moraes, Alba Leonor da Silva Martins, Enyomara Lourenço Silva, Evaldo de Paiva Lima, Joyce Maria Guimarães Monteiro, Luciana Sampaio de Araujo, Maria Regina Laforet, Maurício Rizzato Coelho, Moema de Almeida Batista, Wenceslau Geraldes Teixeira

Supervisão editorial: Jacqueline Silva Rezende Mattos

Normalização bibliográfica: Luciana Sampaio de Araujo

Editoração eletrônica: Jacqueline Silva Rezende Mattos e Alexandre Abrantes Cotta de Mello

Capa: Eduardo Guedes de Godoy

Revisão de texto: André Luiz da Silva Lopes e Marcos Antônio Nakayama

1a edição

1ª impressão (1979)

2a edição

2ª impressão (1997): 2.000 exemplares

3a edição

E-book (2017): PDF

E-book (2018): Epub

Todos os direitos reservados.

A reprodução não autorizada desta publicação, no todo ou em parte, constitui violação dos direitos autorais (Lei no 9.610).

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)

Embrapa Solos

Manual de métodos de análise de solo / Paulo César Teixeira ... [et al.], editores técnicos. – 3. ed. rev. e ampl. – Brasília, DF : Embrapa, 2017.

E-book : il.color.

E-book, no formato Epub.

ISBN 978-85-7035-771-7

1. Análise do solo. 2. Física do solo. 3. Química do solo. 4. Matéria orgânica. 5. Mineralogia. I. Teixeira, Paulo César. II. Donagemma, Guilherme Kangussu. III. Fontana, Ademir. IV. Teixeira, Wenceslau Geraldes. V. Embrapa Solos.

CDD 631.40202

© Embrapa, 2017

Editores Técnicos

Paulo César Teixeira

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Guilherme Kangussu Donagemma

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Ademir Fontana

Engenheiro-agrônomo, doutor em Agronomia (Ciências do Solo), pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Wenceslau Geraldes Teixeira

Engenheiro-agrônomo, doutor em Geoecologia (Dr. rer. nat.), pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Autores

Ademir Emídio da Silva

Assistente da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Ademir Fontana

Engenheiro-agrônomo, doutor em Agronomia (Ciências do Solo), pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Adoildo da Silva Melo

Engenheiro-agrônomo, técnico da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Alba Leonor da Silva Martins

Engenheira-agrônoma, doutora em Ciência do Solo, pesquisadora da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Alberto Vasconcellos Inda

Engenheiro-agrônomo, doutor em Ciência do Solo, professor da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS.

Anderson Santi

Engenheiro-agrônomo, mestre em Agronomia, pesquisador da Embrapa Trigo, Passo Fundo, RS.

Beata Emoke Madari

Engenheira-agrônoma, doutora em Ciência do Solo e Nutrição de Plantas, pesquisadora da Embrapa Arroz e Feijão, Santo Antônio de Goiás, GO.

Bianca Braz Mattos

Bióloga, mestre em Ciências (Microbiologia), analista da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Brivaldo Gomes de Almeida

Químico industrial, doutor em Agronomia (Solos e Nutrição de Plantas), professor da Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, PE.

Bruno José Rodrigues Alves

Engenheiro-agrônomo, doutor em Agronomia (Ciências do Solo), pesquisador da Embrapa Agrobiologia, Seropédica, RJ.

Claudia Pozzi Jantalia

Engenheira-agrônoma, doutora em Fitotecnia, pesquisadora da Embrapa Agrobiologia, Seropédica, RJ.

Daniel Vidal Pérez

Engenheiro-agrônomo, doutor em Química, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

David Vilas Boas de Campos

Engenheiro-agrônomo, doutor em Ciência do Solo, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Ecila Mercês de Albuquerque Villani

Engenheira-agrônoma, doutora em Solos e Nutrição de Plantas, Juiz de Fora, JF.

Eder de Souza Martins

Geólogo, doutor em Geologia, pesquisador da Embrapa Cerrados, Brasília, DF.

Eduardo Mendes de Oliveira

Assistente da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Eliane de Paula Clemente

Engenheira florestal, doutora em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisadora da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Etelvino Henrique Novotny

Engenheiro-agrônomo, doutor em Química (Físico-Química), pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Fabiano Daniel de Bona

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisador da Embrapa Trigo, Passo Fundo, RS.

Fabiano de Carvalho Balieiro

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Felipe Vaz Andrade

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, professor da Universidade Federal do Espírito Santo, Alegre, ES.

Gilson Gregoris

Técnico da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Guilherme Kangussu Donagemma

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Gustavo Souza Valladares

Engenheiro-agrônomo, doutor em Agronomia (Ciências do Solo), professor da Universidade Federal do Piauí, Teresina, PI.

Henrique Debiasi

Engenheiro-agrônomo, doutor em Ciência do Solo, pesquisador da Embrapa Soja, Londrina, PR.

Hugo Alberto Ruiz

Bioquímico, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, professor da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG.

Igor Rodrigues de Assis

Engenheiro agrícola e ambiental, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, professor da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG.

Jessé Rodrigo Fink

Engenheiro-agrônomo, doutor em Ciência do Solo, professor do Instituto Federal do Paraná, Palmas, PR.

João Herbert Moreira Viana

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisador da Embrapa Milho e Sorgo, Sete Lagoas, MG.

José Coelho de Araújo Filho

Engenheiro-agrônomo, doutor em Geociências (Geoquímica e Geotectônica), pesquisador da Embrapa Solos, Recife, PE.

Juacy Campbell de Oliveira Correa

Técnico em Agropecuária, Assistente da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Júlio Cesar Salton

Engenheiro-agrônomo, doutor em Ciência do Solo, pesquisador da Embrapa Agropecuária Oeste, Dourados, MS.

Julio Cezar Franchini

Engenheiro-agrônomo, doutor em Ciências, pesquisador da Embrapa Soja, Londrina, PR.

Lilian de Oliveira Bassil Pires

Técnica da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Lúcia Helena Cunha dos Anjos

Engenheira-agrônoma, Ph.D. em Agronomia (Ciência do Solo), professora da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ.

Luís Carlos Hernani

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Marcelo Francisco Costa Saldanha

Químico, mestre em Físico-Química, analista da Embrapa Meio Ambiente, Jaguariúna, SP.

Marcelo Metri Corrêa

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, professor da Universidade Federal Rural de Pernambuco, Garanhuns, PE.

Marcos Aurélio Carolino de Sá

Engenheiro-agrônomo, doutor em Ciência do Solo, pesquisador da Embrapa Cerrados, Brasília, DF.

Maurício Paulo Ferreira Fontes

Engenheiro-agrônomo, Ph.D. em Ciência do Solo, professor da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG.

Maurício Rizzato Coelho

Engenheiro-agrônomo, doutor em Agronomia, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Michely Tomazi

Engenheira-agrônoma, doutora em Ciência do Solo, pesquisadora da Embrapa Agropecuária Oeste, Dourados, MS.

Miguel Cooper

Engenheiro-agrônomo, doutor em Agronomia, professor da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, SP.

Moacir de Souza Dias Junior

Engenheiro-agrícola, Ph.D. em Ciência do Solo e Plantas, professor da Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG.

Murilo Gomes Torres

Geólogo, doutor em Geologia, professor da Universidade Católica de Brasília, Brasília, DF.

Paula Cristina Caruana Martins

Engenheira-agrônoma, doutora em Ciência do Solo, participante do programa PNPD/CAPES – UFLA, Lavras, MG.

Paula Fernanda Chaves Soares

Engenheira-agrônoma, doutora em Ciência do Solo, professora da Universidade Iguaçu, Nova Iguaçu, RJ.

Paulo César Teixeira

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Pedro Luiz de Freitas

Engenheiro-agrônomo, Ph.D. em Agronomia (Ciência do Solo), pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Pedro Luiz Oliveira de Almeida Machado

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisador da Embrapa Arroz e Feijão, Santo Antônio de Goiás, GO.

Raphael Bragança Alves Fernandes

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, professor do Departamento de Solos da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG.

Reinaldo Bertola Cantarutti

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, professor do Departamento de Solos da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG.

Ricardo Ralisch

Engenheiro-agrônomo, doutor em Energia na Agricultura, professor da Universidade Estadual de Londrina, Londrina, PR.

Roberto Ferreira Novais

Engenheiro-agrônomo, Ph.D. em Agronomia (Ciência do Solo), professor da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG.

Sebastião Barreiros Calderano

Geólogo, mestre em Geologia, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Selma Simões de Castro

Geógrafa, doutora em Geografia (Geografia Física), professora da Universidade Federal de Goiás, Goiânia, GO.

Silmara Rossana Bianchi

Química, doutora em Química Analítica, analista da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Silvio Barge Bhering

Engenheiro-agrônomo, doutor em Geografia, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Simone Pimenta Vidal Pérez

Assistente da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ

Sonia Carmela Falci Dechen

Engenheira-agrônoma, doutora em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisadora científica do Instituto Agronômico de Campinas, Campinas, SP.

Victor Hugo Alvarez Venegas

Engenheiro-agrônomo, doutor em Ciência do Solo, professor da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG.

Vilson Antônio Klein

Engenheiro-agrônomo, doutor em Agronomia (Solos e Nutrição de Plantas), professor da Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, RS.

Vinícius de Melo Benites

Engenheiro-agrônomo, doutor em Solos e Nutrição de Plantas, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Viviane Escaleira

Engenheira Química, especialista em Engenharia Ambiental e Sanitária, técnica da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

Wenceslau Geraldes Teixeira

Engenheiro-agrônomo, doutor em Geoecologia (Dr. rer. nat.), pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ.

William Marra Silva

Engenheiro químico, mestre em Agronomia, analista da Embrapa Agropecuária Oeste, Dourados, MS.

Apresentação

A referência sobre o primeiro Manual de Métodos de Análise de Solo de uma Instituição Federal no Brasil é de 1949 (Boletim do Instituto de Química Agrícola nº 11). Nesse momento, representou a colimação de todos os trabalhos realizados em solos, desde a década de 20, e que achavam-se publicados de forma dispersa em Boletins do IQA e em resumos apresentados em Reuniões ou Congressos nacionais ou internacionais.

De lá para cá, várias gerações têm contribuído de forma significativa para o avanço do conhecimento em Ciência do Solo. O desenvolvimento de novos métodos de análises para obtenção de dados de campo e de laboratório, fundamentais para a compreensão das propriedades do solo, resultam hoje da soma do conhecimento das diversas áreas, notadamente, de física, química, matéria orgânica do solo, mineralogia e micromorfologia.

A Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), por intermédio do Centro Nacional de Pesquisa de Solos (Embrapa Solos), tem sido uma referência para as pesquisas de solos no Brasil, publicando protocolos e manuais de referência nacionais para execução de trabalho de campo e laboratório, bem como procedimentos para execução de levantamentos de solos e de avaliação da aptidão agrícola das terras.

Portanto, com a presente publicação, pretende-se atualizar a comunidade científica e os laboratórios ligados à Ciência do Solo com os métodos analíticos que permitam identificar os principais atributos do solo brasileiro necessários para que se faça o seu planejamento do uso e manejo mais sustentável.

Esta edição apresenta a revisão do conteúdo das versões anteriores, além de ter incorporado diversos outros métodos desenvolvidos e, ou adaptados por pesquisadores, professores e técnicos de diversas instituições de ensino e pesquisa parceiras.

Daniel Vidal Pérez

Chefe-Geral da Embrapa Solos

O prédio que hoje é a sede da Embrapa Solos esteve associado, desde o começo do século XX, ao desenvolvimento da ciência brasileira na área de solos, plantas e alimentos. Abrigou polos que se desdobraram em núcleos de pesquisa de universidades e influenciaram na formação das três unidades da Embrapa no Estado do Rio de Janeiro: Embrapa Agrobiologia, Embrapa Agroindústria de Alimentos e a Embrapa Solos. Além disso, vale a pena citar a criação e instalação da Sociedade Brasileira de Ciência do Solo em 1947, quando ainda existia o Instituto de Química Agrícola (IQA).

Prefácio

Os cientistas do solo necessitam caracterizar um solo para o reconhecimento da sua aptidão ou para que possam entender ou mesmo solucionar, determinado problema. O tamanho do esforço de caracterização depende do que se pretende avaliar ou resolver, bem como dos recursos disponíveis. Assim, a caracterização pode envolver esforços diferenciados, como uma análise de menor complexidade, ou aquelas que requerem determinações altamente precisas, assim como determinação de poucas ou muitas propriedades do solo.

Este manual contempla métodos analíticos organizados e compilados para serem usados por pesquisadores, estudantes, assistentes de pesquisa, técnicos em laboratórios de análises que trabalham com ciência do solo. Independentemente do esforço da caracterização do solo, os envolvidos devem ter critérios rigorosos para garantir que: (i) as amostras sejam representativas, coletadas e preparadas adequadamente, (ii) sejam utilizadas técnicas analíticas adequadas e (iii) os resultados das análises sejam corretamente interpretados.

Em sua 3ª edição, o Manual de Métodos de Análise de Solo reúne métodos clássicos empregados na caracterização dos solos, incluindo métodos internacionais e nacionais, mas também contempla metodologias relativamente novas. Uma parte dos métodos foi desenvolvida e, ou adaptada pela Embrapa Solos para solos tropicais, durante várias décadas de pesquisa em Ciência do Solo. Ao longo da preparação desta edição, os métodos foram revisados e ampliados, contando com a colaboração de diversos profissionais da área de ciência do solo, como pesquisadores, professores, analistas e técnicos.

Os métodos apresentados estão organizados em cinco partes: I - Análises Físicas; II - Análises Químicas; III - Análises da Matéria Orgânica; IV - Análises Mineralógicas e V – Análises Micromorfológicas. Em cada uma das partes são detalhados aspectos metodológicos que facilitam o entendimento dos procedimentos analíticos e sua execução, incluindo alguns essenciais ao desenvolvimento de trabalhos específicos de pesquisa.

Em cada parte, os métodos foram organizados na forma de capítulos baseando-se em diferentes publicações e estão adaptados para análises de rotina e, ou de pesquisa. Descrições mais detalhadas podem ser encontradas nas publicações originais dos métodos listadas nas referências.

Os procedimentos descritos no presente manual requerem medidas e rotinas de segurança com base nas boas práticas de laboratório. A regra adotada para o gerenciamento dos resíduos das análises tem como objetivo minimizar a geração de resíduos, assim como promover o correto manejo, tratamento, armazenamento, transporte e disposição final de resíduos, de acordo com os princípios de preservação ambiental e em conformidade com as disposições legais.

Também é de fundamental importância que os laboratórios tenham um programa interno de controle de qualidade, utilizando, quando for o caso, amostras controle e participando de programas interlaboratoriais, quando disponíveis, de forma a acreditar seu resultado.

Como base para este manual, deve-se ressaltar o esforço dos organizadores da 1ª edição deste manual, Luiz Bezerra de Oliveira, José Lopes de Paula, Washington de Oliveira Barreto, Maria Amélia de Morais Duriez, Ruth Andrade Leal Johas, Raphael Minnoti Bloise, José Flávio Dynia, Gisa Nara Castellini Moreira, Loiva Lizia Antonello e Therezinha da Costa Lima Bezerra; da 2ª edição, Marie Elisabeth Christine Claessen, Washington de Oliveira Barreto, José Lopes de Paula e Mariza Nascimento Duarte, e da 2ª edição revista, Guilherme Kangussu Donagemma, David Vilas Boas de Campos, Sebastião Barreiros Calderano, Wenceslau Geraldes Teixeira e João Herbert Moreira Viana.

À medida que houver necessidade de inclusão de outros métodos, que novas técnicas analíticas forem desenvolvidas e, ou as atuais modificadas, este manual estará sujeito a nova revisão e edição. Sugestões úteis e feedback dos usuários serão sempre bem vindos e devem ser encaminhados para o e-mail: cnps.analises@embrapa.br.

Editores Técnicos

Parte I
Análises Físicas

— Capítulo 1 —
PREPARO DE AMOSTRAS E SEPARAÇÃO DE TERRA FINA, CASCALHO E CALHAUS

Ademir Fontana

João Herbert Moreira Viana

Guilherme Kangussu Donagemma

Brivaldo Gomes de Almeida

Juacy Campbell de Oliveira Correa

Eduardo Mendes de Oliveira

1.1 Introdução

O preparo das amostras é a operação a ser realizada juntamente com o registro antes da entrada para as análises laboratoriais. Esse preparo visa adequar a amostra aos procedimentos analíticos no laboratório e promover sua homogeneização. Deve ser efetuada em ambiente apropriado, preferencialmente fora da área analítica, com arejamento e iluminação suficientes.

As frações granulométricas são divididas por seu diâmetro equivalente em matacões (>20 cm), calhaus (20 cm a 20 mm), cascalhos (<20 mm a 2,0 mm) e a terra fina (<2,0 mm). Sua quantificação permite classificar o solo quanto à proporção de frações grossas e possibilita inferências sobre algumas das características de interesse agronômico e ambiental, como retenção de água, mecanização e erodibilidade.

1.2 Princípio

A amostra é submetida à fragmentação manual, seguida de secagem ao ar ou em estufa a 40 ºC. A separação das frações é feita por peneiramento nas peneiras de malha de 20 mm e de 2 mm, obtendo-se: calhaus, cascalhos e terra fina seca ao ar (TFSA), assim como outros materiais (carvão, partes vegetais, entre outros).

Das frações grossas, a lavagem é feita por dispersão das frações menores com o uso de dispersante químico sob agitação e da lavagem final em água corrente, seguida de secagem em estufa.

1.3 Material e Equipamentos

Sala ou galpão arejado e iluminado, com bancadas dimensionadas para o número de amostras previsto na rotina do laboratório.

Sistema de evacuação e filtragem de poeiras e particulados em suspensão.

Peneiras de 20 mm, 8 mm, 4 mm e 2 mm.

Balança com precisão de 0,1 g.

Sacos plásticos e etiquetas diversas.

Estufa de ventilação forçada (mínimo de 105 °C).

Respirador descartável ou com refil.

Luvas de borracha.

Gral e pistilo.

Rolo de madeira.

Martelo de madeira ou borracha.

Pá e vassoura pequena.

Escova de mão tipo lava roupas.

Pedaço de couro não tratado ou outro material resistente (base para destorroar).

1.4 Reagentes e Soluções

Solução de hidróxido de sódio (NaOH) 1 mol L⁻¹ – dissolver 40 g de NaOH em água destilada ou deionizada e transferir para balão volumétrico de 1 L, completando o volume com água.

1.5 Procedimento

1.5.1 Secagem, destorroamento e peneiramento da amostra

Conferir as amostras, refazer a identificação e fazer relato com todas as informações.

Depositar, espalhar e desboroar a amostra em papel identificado (diversos e que não liberem tinta ou fragmentos) sobre uma bancada. Para amostras muitos úmidas, utilizar uma bandeja de plástico ou metal.

Levar a amostra para a estufa de ventilação forçada e secar a 40 °C ou ao ar livre e sombra. O tempo de secagem varia do tipo de amostra e umidade, sendo necessário avaliar individualmente o ponto de secagem de cada amostra.

Obs.:

Para amostras com dureza muito elevada, compactadas ou contendo argilas expansivas, deve-se umedecer com água deionizada e aguardar o equilíbrio, procedendo-se então ao destorroamento na faixa friável do solo.

Para amostras provenientes de solo orgânico com estrutura argilosa maciça - tabatinga (glei), destorroar ao longo do período de secagem, uma vez que, após a secagem completa, apresentará grande dureza, o que dificultará o destorroamento.

Avaliar a presença de carvões, carbonatos ou bicarbonatos, verificando a pertinência quanto à separação da matriz do solo e evitar moer. Anotar a presença dos elementos e quantificar em volume ou massa.

Separar resíduos vegetais ao final do peneiramento e registrar a massa ou volume.

Para concreções e nódulos, evitar a moagem ou maceração e anotar a massa ou volume.

Retirar da estufa e acondicionar sobre o couro ou outro material em capela com ventilação ou local aberto e ventilado.

Destorroar a amostra manualmente ou com martelo de borracha de forma suave, evitando moagem de materiais resistentes como partes vegetais (galhos, raízes, folhas) ou minerais (nódulos, concreções ou partes de rocha).

Peneirar a amostra nas peneiras de malha de 20 mm e de 2 mm, obtendo-se as frações calhaus (>20,0 mm), cascalhos (>2,00 mm a <20,00 mm) e TFSA (<2,00 mm). Pesar e anotar as massas. As amostras destinadas à análise granulométrica devem ter seus pesos totais e das frações (calhaus, cascalhos e TFSA) determinados e anotados.

Obs.: peneiras intermediárias (8 mm e 4 mm) poderão ser utilizadas a fim de facilitar o peneiramento pelo excesso de amostra, principalmente na peneira de 2 mm. Calhaus e cascalhos devem ser escovados para retirada da terra fina aderida.

As amostras de TFSA devem ser homogeneizadas e quarteadas, para se retirar as subamostras para as análises, conforme a necessidade das análises.

Acondicionar as amostras de TFSA em recipientes ou sacos identificados com o número de registro ou código.

Caso haja sobra de amostras além da quantidade necessária às análises, descartar o excedente conforme os procedimentos adequados de disposição de resíduos do laboratório, guardando-se uma quantidade suficiente para eventuais repetições de análise(s), caso necessária(s).

1.5.2 Lavagem dos calhaus e cascalhos

As amostras de cada fração (calhau e cascalho), já secas ao ar e pesadas, são colocadas em recipientes como béquer ou balde de polipropileno contendo 10 mL da solução de NaOH 1 mol L-1.

Adicionar água destilada até cobrir todo o material no recipiente.

Obs.: para rochas e materiais em fase de transformação (intemperismo), proceder a lavagem e avaliar quanto ao desmanche. O desmanche de materiais de menor solidez vai refletir no aumento da proporção de TFSA. Anotar e registrar cada ocorrência durante esse processo, visando relacionar com a proporção observada em campo.

Agitar por meio de um bastão uma vez por hora e deixar em repouso por uma noite.

No dia seguinte, a solução deve ser drenada, despejando-se o conteúdo em peneira de 2 mm, e a amostra lavada em água corrente abundante sobre a peneira de 2 mm, até a remoção dos resíduos da terra fina.

Colocar as amostras para secar em estufa a 105 °C por 24 horas.

Obs.: caso tenham se desprendido frações de cascalho durante a lavagem da fração calhau, estas devem ser transferidas para a amostra de cascalho para quantificação.

Após a secagem, procede-se à pesagem das amostras e anotação dos resultados.

1.6 Cálculos

1.6.1 Cascalho

1.6.2 Calhaus

1.6.3 Terra fina

Em que:

Tcasc – concentração de cascalhos, em g kg-1.

Tcalh – concentração de calhaus, em g kg-1.

Ttf – concentração de terra fina, em g kg-1.

a – massa total da amostra, em g.

b – massa do cascalho, em g.

c – massa dos calhaus, em g.

1.7 Observações

O local de preparo pode ser aberto, mas deve ser protegido de insolação direta e de respingos de chuva e vento fortes, assim como da ação de animais, como pássaros e roedores.

Durante a manipulação das amostras, deve-se evitar contaminá-las por poeiras provenientes dos processos de peneiramento e de homogeneização, pelo uso de exaustores ou capelas com sistemas de coleta de particulados em suspensão.

Na local de preparação, evitar a entrada de outros materiais, como fertilizantes, estercos e corretivos, os quais representam possíveis fontes de elementos ou frações que levarão à descaracterização da amostra de solo.

1.8 Literatura recomendada

KLUTE, A. (Ed.). Methods of soil analysis: part 1: physical and mineralogical methods. 2nd ed. Madison: Soil Science Society of America, 1986. 1188 p.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministerio da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

VIANA, J. H. M.; DONAGEMMA, G. K. Influência da temperatura de secagem da amostra na proporção das frações granulométricas de alguns latossolos. Sete Lagoas: Embrapa Milho e Sorgo, 2011. (Embrapa Milho e Sorgo. Comunicado técnico, 188).

— Capítulo 2 —
UMIDADE ATUAL

João Herbert Moreira Viana

Wenceslau Geraldes Teixeira

Guilherme Kangussu Donagemma

2.1 Introdução

A umidade atual representa o conteúdo de água presente na amostra em determinado momento e local, podendo ser determinada in situ ou por amostragem, para determinação em laboratório.

2.2 Princípio

Determinação da massa de água presente na amostra de solo nas condições da coleta. A amostra, mantida sob as condições na qual foi coletada, transportada para o laboratório em embalagem impermeável e vedada, é pesada, seguida da determinação da massa da amostra de solo seca em estufa. A massa de água presente na amostra é então obtida por diferença.

2.3 Material e Equipamentos

Recipiente de alumínio, porcelana ou placa de Petri com volume mínimo de 150 mL.

Estufa com ajuste de temperatura para 105 °C.

Balança com precisão de 0,001 g.

Dessecador.

2.4 Procedimento

Colocar a amostra, com ou sem estrutura deformada, em lata de alumínio numerada e de massa conhecida. Tampar a lata para o transporte se a pesagem não for efetuada imediatamente.

Pesar (amostra úmida + recipiente) e transferir para estufa a 105 °C, deixando-a nessa condição até peso constante (para a maioria dos solos, 24 horas é tempo suficiente).

Retirar da estufa, colocar em dessecador, deixar esfriar e pesar (amostra seca + recipiente).

2.5 Cálculos

2.5.1 Umidade em base gravimétrica (CGA)

Em que:

CGA – conteúdo gravimétrico de água (umidade em base gravimétrica), em kg kg-1.

a – massa da amostra úmida, em g.

b – massa da amostra seca a 105 ºC até atingir peso constante, em g.

2.5.2 Umidade em base volumétrica (CVA)

ou

Em que:

CVA – conteúdo volumétrico de água (umidade em base volumétrica), em m3 m-3. Normalmente assume-se que o valor da densidade da água é igual a 1,00 g cm-3.

CGA – conteúdo gravimétrico de água (umidade em base gravimétrica), em kg kg-1.

a – massa da amostra úmida, em g.

b – massa da amostra seca a 105 ºC até atingir peso constante, em g.

c – volume da amostra, em cm3.

Ds – densidade do solo, em g cm-3 (equivalente a kg dm-3) (item 7.3).

2.6 Literatura recomendada

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

UHLAND, R. E. Rapid method for determining soil moisture. Soil Science Society of America Journal, v. 15, p. 391-393, 1951.

— Capítulo 3 —
UMIDADE RESIDUAL E FATOR “f”

João Herbert Moreira Viana

Guilherme Kangussu Donagemma

Wenceslau Geraldes Teixeira

3.1 Introdução

A umidade residual representa o conteúdo de água presente na amostra preparada e seca ao ar ou estufa. O fator f é usado para correção da massa de solo nas determinações analíticas em laboratório.

3.2 Princípio

Determinação da massa da amostra de solo após preparada e seca ao ar ou estufa a 40 °C e da massa da amostra de solo seca em estufa a 105 °C, obtendo-se a massa residual de água por diferença.

3.3 Material e Equipamentos

Recipiente de metal, porcelana ou placa de Petri com volume mínimo de 100 mL.

Estufa com ajuste de temperatura para 40 ºC e 105 °C.

Balança analítica com precisão de 0,001 g.

Dessecador.

3.4 Procedimento

Colocar amostra de TFSA ou seca em estufa a 40 ºC com no mínimo 5 g em recipiente numerado e de massa conhecida. Pesar e transferir para estufa a 105 °C, deixando nessa condição até peso constante, sendo que, para a maioria dos solos, 24 horas é tempo suficiente.

Retirar da estufa, colocar em dessecador, deixar esfriar e pesar.

3.5 Cálculos

Em que:

Ur – umidade residual, em kg kg-1.

f – fator usado para correção da massa de solo utilizada para a massa de solo seca nas determinações em laboratório com a utilização de TFSA (Fator “f”).

a – massa da amostra seca ao ar, em g.

b – massa da amostra seca a 105 °C até atingir peso constante, em g.

3.6 Literatura recomendada

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RAMOS, F. Método de análise de solos. Rio de Janeiro: MA-CNEPA, 1949. 66 p. (Boletim do Instituto de Química Agrícola, n. 11).

— Capítulo 4 —
RETENÇÃO DE ÁGUA NO SOLO PELOS MÉTODOS DA MESA DE TENSÃO E DA CÂMARA DE RICHARDS

Wenceslau Geraldes Teixeira

Silvio Barge Bhering

4.1 Introdução

A retenção de água no solo expressa a energia de ligação da água ao solo, sendo consequência da força gravitacional, das forças capilares e das propriedades de superfície das partículas minerais e orgânicas, que apresentam capacidade de adsorção de água.

Os potenciais da água no solo, que podem ser aplicados por sucção (tensão) ou pressão, serão tratados com seus valores em módulo. Usualmente a umidade das amostras de solo é determinada após equilíbrio nos potenciais de 0 kPa; 1 kPa; 6 kPa; 10 kPa; 33 kPa; 100 kPa, 500 kPa, 1.000 kPa e 1.500 kPa. Com os pares de pontos de potencial e umidade, podem ser ajustadas as curvas características de retenção de umidade do solo e estimados os teores da água disponível. A umidade no potencial de 1.500 kPa é denominada de ponto de murcha permanente (PMP) e, no potencial de 10 kPa ou 33 kPa, de capacidade de campo (CC). A subtração entre CC – PMP resulta na água disponível (AD) para as plantas. A multiplicação da AD por uma espessura de interesse no solo e pela densidade do solo determina a capacidade de água disponível no solo (CAD).

4.2 Determinação da retenção de água em mesa de tensão

4.2.1 Princípio

A medida da retenção de água em baixos potenciais é executada submetendo-se as amostras de solo previamente saturadas a determinados potenciais de tensão, até cessar a drenagem da água retida nos poros com força menor que o potencial aplicado. As amostras de solo perdem água quando o potencial é maior que as forças de retenção. Determina-se então a umidade da amostra por gravimetria. O equilíbrio com cada potencial aplicado às amostras é avaliado por pesagens sucessivas ou pela observação do fim do escoamento (ou quando este se torna desprezível).

O princípio de funcionamento das mesas de tensão se baseia na remoção de água até uma determinada tensão controlada por meio da aplicação de uma diferença de potencial gerada por uma coluna de água pendente ou bomba de vácuo. Para as mesas de tensão de areia-caolin ou para potenciais maiores que 10 kPa, normalmente é utilizada uma bomba de vácuo para se obter o potencial desejado.

Os potenciais ou tensões aplicados às amostras, comumente, são 0 kPa; 1 kPa; 3 kPa; 6 kPa e 10 kPa para as mesas de tensão de areia e 33 kPa e 50 kPa para as mesas de areia-caolin acopladas à bomba de vácuo.

4.2.2 Material e Equipamentos

Mesa de tensão de areia e/ou areia-caolin.

Cilindros metálicos.

Estufa com ajuste de temperatura para 105 °C.

Dessecador.

Balança com precisão de 0,001 g.

Bandeja de plástico ou metal média ou grande com pelo menos 10 cm de altura de borda.

Tela de náilon.

Elástico ou liga.

Tesoura.

4.2.3 Reagentes e Soluções

Lysoform®.

Solução de sulfato de cobre 0,01 g L-1 – dissolver 10 mg de sulfato de cobre em água destilada ou deionizada e completar o volume para 1 L. Homogeneizar.

4.2.4 Procedimento

Nas amostras coletadas em cilindros metálicos, são afixadas telas de náilon na parte inferior dos cilindros com elástico. Essa tela não pode ter uma malha muito fina, para não reduzir o fluxo da água, nem ser muito grosseira que permita a perda da massa do solo durante a manipulação das amostras.

Colocar as amostras com a tela e elástico em bandejas, adicionar água desaerada à temperatura ambiente até obter a saturação da amostra por capilaridade. Elevar o nível da água lentamente até cerca de 0,5 cm do topo do cilindro.

A saturação é verificada visualmente pelo brilho da água na superfície da amostra.

Após a saturação, pesar as amostras, para “estimativa” do conteúdo de água na saturação, com 0 kPa de potencial. Essa pesagem deve ser feita com os cilindros saturados de forma rápida.

Obs.: os dados são uma estimativa, dado a impossibilidade de evitar perdas de água nesse manuseio.

Colocar as amostras na mesa de tensão e ajustar a coluna de água ao potencial desejado.

Obs.:

1 - para as mesas de tensão de areia-caolin, o potencial é ajustado num controlador da bomba de vácuo. Comprimir ligeiramente as amostras na mesa para garantir um bom contato entre a superfície das amostras e a mesa de tensão.

2 - no ato de preparo das amostras, antes da saturação, adionar cinco gotas de Lysoform® na superficie do solo, para reduzir o crescimento de fungos. Adicionar 100 mL da solução de sulfato de cobre 0,01 g L-1 na água de saturação, para reduzir o crescimento de algas.

3 - a mesa de tensão deve permanecer coberta para reduzir a perda de água por evaporação. Caso ocorra a germinação de sementes presentes nas amostras, não fazer o arranquio manual, pois esse procedimento pode danificar a estrutura da amostra e causar perda de solo. Nesse caso, deve-se fazer o corte rente ao solo com o auxílio de uma tesoura.

O equilíbrio entre o potencial aplicado e a água retida na amostra é estimado por meio do controle do efluxo nos tubos de drenagem e no recipiente de coleta dessa água.

Após o equilíbrio, verificado pela ausência de saída de água no dreno, realizar a pesagem e anotar o resultado.

Para avaliações sucessivas em diversos potenciais, colocar novamente a amostra na mesa de tensão e ajustar o potencial para o próximo nível, e assim sucessivamente. Para garantir um bom contato com o material poroso da mesa de tensão, pode ser adicionada uma pequena quantidade de água na superfície da mesa antes de retornar as amostras.

Ao final das avaliações na mesa de tensão, as amostras podem ser levadas às câmaras de Richards para avaliação em potenciais maiores, ou secas em estufas (105 °C), até peso constante, e pesadas para a determinação da massa de solo seco.

Determinar com paquímetro o volume exato (duas decimais) de cada cilindro utilizado na avalição. Se esses cilindros forem identificados de forma permanente, os dados da medição do volume e do peso dos cilindros podem ser recuperados, evitando a repetição dessas operações.

A massa de água (ma) é obtida pela subtração da massa seca obtida após a secagem em estufa do conjunto (peso do cilindro, peso da tela de náilon e elástico e massa de solo). Desse conjunto, subtrai-se do valor total o peso do cilindro e o peso da tela + elástico. Em casos onde as amostras foram retiradas do cilindro para a secagem, deve ser feito o ajuste para se determinar apenas a massa seca de solo. Nesse cálculo, para a densidade da solução da água contida no solo, assume-se o valor de 1,00 g cm-3.

4.2.5 Cálculos

4.2.5.1 Conteúdo gravimétrico de água

Em que:

CGAi – conteúdo gravimétrico de água a determinado potencial (kPa), em kg kg-1 (para a expressão desse valor em umidade percentual, multiplicar os resultados por 100).

ms – massa da amostra de solo seca a 105 °C até peso constante, em g.

pas – massa de solo+água contida nas amostras após ser submetida ao potencial estudado, em g.

4.2.5.2 Conteúdo volumétrico de água

Em que:

CVAi – conteúdo volumétrico de água a determinado potencial (kPa), em m3 m⁻³.

ma – massa de água contida na amostra após ser submetida a determinado potencial, em g.

v – volume do cilindro da amostra, em cm⁻³.

4.2.6 Observações

Para minimizar a proliferação de algas no leito de areia e no reservatório, assim como fungos nas amostras de solo, sugere-se monitorar a saturação das amostras e evitar tempo excessivo de espera para analises após a saturação. O desenvolvimento de fungos pode alterar a agregação das amostras.

O uso de amostras com estrutura indeformada apresenta resultados mais próximos da condição de campo para as baixas tensões, até 500 kPa. Acima desse valor, recomenda-se o uso de amostras destorroadas ou coletadas em cilindros com pequena altura (1 cm), para que o equilíbrio da água retida com a tensão aplicada seja atingido em tempo mais reduzido.

A temperatura do laboratório deve ser controlada, evitando-se grandes variações durante o período de determinação.

Sugere-se o uso de amostras de composição granulométrica e mineralógica similar, quando muitas amostras são realizadas simultaneamente, para garantir tempos de equilíbrio semelhantes entre as amostras, especialmente quando o monitoramento do equilíbrio é feito apenas pelo escoamento realizado de forma coletiva de todas as amostras do conjunto.

4.3 Determinação da retenção de água em câmaras de Richards com placas porosas de cerâmica

4.3.1 Princípio

As amostras de solos são dispostas em um meio poroso (placa de cerâmica) e dessaturadas até o equilíbrio com um potencial aplicado por pressurização. Para manter a pressurização, as amostras são mantidas em câmaras herméticas, sobre placas porosas de cerâmica, previamente saturadas com água desaerada, providas de um sistema de drenagem, sendo a pressurização fornecida por um sistema com compressores, reguladores de pressão e manômetros.

O potencial (pressão) desejado é ajustado e, consequentemente, a água retida com forças menores que o potencial aplicado move-se em direção e através da placa cerâmica, passando para o sistema de drenagem. O equilíbrio é determinado quando a drenagem do efluxo cessa e o conteúdo de água é estimado gravimetricamente por pesagem.

4.3.2 Material e Equipamentos

Câmaras de Richards.

Placas porosas de cerâmica de 1, 3, 5 e 15 bar (100 kPa, 300 kPa, 500 kPa e 1.500 kPa, respectivamente).

Compressor e sistema de regulagem e manômetros.

Dessecador.

Estufa com regulagem de temperatura para 105 °C.

Balança semianalítica.

Espátula de aço inoxidável.

Anéis de borracha ou PVC, com 5 cm de diâmetro e 1 cm de altura.

Cilindros metálicos.

Latas de alumínio para pesagem.

Elásticos.

Tela de náilon.

Tesoura.

Balão volumétrico de 500 mL e 1 L.

4.3.3 Reagentes e Soluções

Lisoform®.

Solução de sulfato de cobre 0,01 g L-1 – dissolver 10 mg de sulfato de cobre em água destilada ou deionizada e completar o volume para 1 L. Homogeneizar.

Solução de H202 10%.

Solução de HCl 1 mol L-1 – adicionar 42 mL de HCl concentrado (d=1,19 g cm⁻³ e 37%) em balão volumétrico de 500 mL previamente preenchido até a metade com água destilada ou deionizada. Completar o volume. Homogeneizar.

Solução de HCl 0,0045 mol L-1 – pipetar 4,5 mL da solução de HCl 1 mol L-1, transferir para balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

4.3.4 Procedimento

Os procedimentos para preparo das amostras e para a saturação são os mesmos descritos para as mesas de tensão (item 4.2.4).

As avaliações nas câmaras de Richards podem ser feitas em continuação às avaliações na mesa de tensão ou iniciando as determinações nesse equipamento.

Selecionar e saturar com água as placas de cerâmica com potencial de valor igual ou ligeiramente superior ao ser estudado.

As amostras em cilindro são saturadas em bandejas, cujo nível da água vai se aumentando lentamente, até aproximadamente 0,5 cm abaixo do topo do cilindro (a saturação é verificada visualmente pelo brilho da água na superfície da amostra).

Obs.: No ato de preparo das amostras, antes da saturação, adionar cinco gotas de Lysoform® na superficie do solo, para reduzir o crescimento de fungos. Adicionar 100 mL da solução de sulfato de cobre 0,01 g L⁻¹ na água de saturação, para redução do crescimento de algas. Colocar as amostras saturadas sobre a placa porosa (previamente saturada).

Para potenciais elevados, em particular para estimativas do ponto de murcha permanente (1.500 kPa), as amostras de solo deverão ser destorroadas. Colocar anéis de borracha ou de PVC sobre a placa porosa de 1.500 kPa, adicionar, no interior dos anéis, de 20 g a 30 g de TFSA.

Fazer uma ligeira pressão para garantir um bom contato hidráulico entre a amostra e a placa.

Posicionar ao redor da placa porosa um anteparo (geralmente um anel de plástico rígido, denominado aqui de anel de saturação) e colocar água desaerada, até que o nível desta fique bem próximo da borda dos anéis que contêm as amostras.

Obs.: para obtenção de água desaerada, ferver ou aplicar vácuo.

Deixar as amostras nessa condição até a saturação, que é determinada visualmente pelo brilho da água na superfície da amostra.

Após a saturação, retirar o anel de saturação, inclinar levemente a placa, a fim de eliminar o excesso de água.

Colocar na câmara de Richards apropriada para altas tensões (de acordo com as faixas de tensões).

Fechar a câmara e apertar os parafusos homogeneamente com torquímetro e abrir os reguladores de pressão gradativamente, até que o manômetro acuse a pressão desejada.

Obs.: as câmaras de Richards de média pressão suportam mais de uma placa porosa, tendo no fundo uma cobertura de membrana de borracha, com uma saída de drenagem para fora da câmara. Um sistema de compressor, ou garrafas de ar comprimido, é necessário para pressurizar as câmaras.

Certificar que a linha está pressurizada e os reguladores e manômetros indiquem a pressão desejada.

Obs.: a água deverá ser drenada para fora da câmara pelos tubos de drenagem. O borbulhamento excessivo nos tubos de drenagem pode indicar que a placa não estava saturada ou que havia fissuras na placa porosa e, nesse caso, ela deve ser substituída. Avaliar o efluxo no tubo de drenagem até que o volume seja nulo ou desprezível.

Aliviar a pressão nas câmaras, retirar as placas e transferir as amostras rapidamente para as latas, com o auxílio de uma espátula de aço inoxidável.

Obs.: Assegurar que a pressão nas câmaras de Richards esteja zerada antes de desapertar os parafusos da câmara.

Realizar a pesagem o mais rapidamente possível. Preparar previamente uma quantidade de latas de alumínio numeradas e de peso conhecido, igual ao número de amostras.

Após a pesagem e anotações, colocar as amostras em estufa a 105 °C, até peso constante, normalmente atingido em 24 horas.

Retirar as amostras, deixar esfriar e pesar novamente.

Para amostras em cilindro, a massa de água (ma) é obtida pela subtração da massa seca obtida após a secagem em estudo do conjunto (peso do cilindro, peso da tela de náilon e elástico e massa de solo). Desse conjunto se subtrai do valor total o peso do cilindro e peso da tela + elástico. Caso as amostras tenham sido retiradas do cilindro para a secagem, deve ser feito o ajuste para se determinar apenas a massa seca de solo. Nesse cálculo, para a densidade da solução da água contida no solo, assume-se o valor de 1,00 g cm-3.

4.3.5 Cálculos

4.3.5.1 Conteúdo gravimétrico de água

Em que:

CGAi – conteúdo gravimétrico de água a determinado potencial (kPa), em kg kg-1 (para expressão desse valor em umidade percentual, multiplicar os resultados por 100).

ms – massa de solo seco a 105 ºC após atingir peso constante, em g.

pas – massa de solo + água da amostra após ser submetida ao potencial estudado, em g.

4.3.5.2 Conteúdo volumétrico de água

Em que:

CVAi – conteúdo volumétrico de água a determinado potencial (kPa), em m³ m-3.

mag – massa de água contida na amostra após equilíbrio hidráulico a determinado potencial, em g.

V – volume do cilindro da amostra, em cm⁻³.

4.3.5.3 Conteúdo gravimétrico de água no potencial de 1.500 kPa

Em que:

PMP – ponto de murcha permanente (conteúdo gravimétrico de água no potencial de 1.500 kPa), em kg kg⁻¹.

a – massa da amostra de solo após ser equilibrada no potencial de 1.500 kPa, em g.

b – massa de solo seco a 105 °C após atingir peso constante, em g.

4.3.6 Observações

Para minimizar a proliferação de algas no leito de areia e no reservatório, assim como fungos nas amostras de solo, sugere-se monitorar a saturação das amostras para evitar tempo excessivo com água. O desenvolvimento de fungos pode alterar a agregação das amostras.

As placas porosas devem ser limpas periodicamente, utilizando-se uma solução de H2O2 10% para destruição de resíduos orgânicos e uma solução de 0,0045 mol L-1 de HCl para remoção de depósitos de carbonatos, especialmente em regiões onde se analisam muitos solos com carbonatos. Uma bucha de cerdas duras deve ser friccionada com vigor sobre a placa para a remoção dos detritos que entopem os poros e reduzem a permeabilidade das placas.

Sugere-se o uso de amostras de composição granulométrica e mineralógica similar em cada bateria de análise para garantir tempos de equilíbrio semelhantes entre as amostras, especialmente quando o monitoramento do equilíbrio é feito apenas pelo escoamento realizado de forma coletiva de todas as amostras do conjunto.

Para conversão do conteúdo de água gravimétrico (kg kg-1) para o conteúdo de água volumétrico (m3 m⁻³), os valores gravimétricos deverão ser multiplicados pelos valores da densidade do solo (kg dm-3 ou g cm-3).

As câmaras de Richards não são os equipamentos recomendadas para potenciais menores que 100 kPa, sendo que, para esses potenciais, deve ser utilizada preferencialmente a mesa de tensão.

4.4 Literatura recomendada

CARTER, M. R. (Ed.). Soil sampling and methods of analysis. Boca Raton: Lewis Publishers, 1993. 823 p.

DANE, J. H.; HOPMANS, J. W. Soil water retention and storage. In: DANE, J. H.; TOPP, C. G. (Ed.). Methods of soil analysis: part 4: physical methods. Madison: Soil Science Society of America, 2002. p. 671-720.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RICHARDS, L. A. Physical conditions of water in soil. In: BLACK, C. A.; EVANS, D. D.; ESNMINGER, L. E.; CLARK, F. E. (Ed.). Methods of soil analysis: part 1: physical and mineralogical properties. Madison: American Society of Agronomy, 1965. p. 128-152.

RICHARDS, L. A. Pressure-membrane apparatus, construction and use. Agricultural Engineering, v. 28, p. 451-454, 1947.

RICHARDS, L. A.; WEAVER, L. R. Fitten-atmosphere percentage as related to the permanent wilting percentage. Soil Science, v. 56, n. 5, p. 331-340, 1943.

SMITH, K. A.; MULLINS, C. E. (Ed.). Soil analysis: physical methods. New York: M. Dekker, 1993. 620 p.

— Capítulo 5 —
RETENÇÃO DE ÁGUA NO SOLO PELO MÉTODO DO PSICRÔMETRO

Vilson Antônio Klein

5.1 Introdução

A determinação do potencial mátrico da água no solo com a utilização de psicrômetro é simples e de rápida execução, sendo muito útil para a quantificação da retenção de água no solo especialmente nas faixas mais secas.

5.2 Princípio

O método consiste em três etapas: a preparação e umedecimento da amostra (TFSA), o período de equilíbrio (redistribuição da água na amostra) e a determinação propriamente dita. Os potenciais da água no solo, que podem ser aplicados por sucção (tensão) ou pressão, serão tratados com seus valores em módulo. A determinação do potencial mátrico de água em potenciais maiores que 1.000 kPa é obtida pela medida da umidade do ar em equilíbrio com a amostra.

O psicrômetro consta de um sistema cuja gaveta conduz uma amostra de solo úmido, com estrutura deformada, para dentro de uma câmara hermeticamente fechada. A umidade na câmara equilibra-se com o potencial da água no solo, sendo este calculado com base na temperatura do solo e do ar, no ponto de orvalho. Obtém-se assim o potencial mátrico da água no solo em distintas umidades de uma amostra de solo.

5.3 Material e Equipamentos

Conta-gotas.

Psicrômetro.

Cápsulas específicas do psicrômetro em aço inox, com tampa plástica.

Balança com precisão de 0,0001 g.

Estufa.

5.4 Procedimento

5.4.1 Preparação da amostra

Pesar cerca de 3 g de solo (TFSA) e colocar em cápsulas de aço inox.

Umedecer o solo o mais uniformemente possível, com 1 mL de água destilada utilizando um conta-gotas.

Acomodar manualmente e nivelar a superfície do solo na cápsula, comprimindo-o levemente.

Fechar hermeticamente a cápsula com uma tampa de plástico, e deixá-la em repouso por 24h para que ocorra a redistribuição da água em toda a amostra.

Antes da determinação, destampar a amostra e deixar equilibrar por 1 hora com a temperatura do ambiente onde está o psicrômetro.

5.4.2 Determinação do potencial mátrico

Para a utilização do psicrômetro, o ambiente deve ser climatizado com temperatura e umidade relativa controladas, com pequenas variações, uma vez que variações de temperatura afetam as determinações.

Ligar o psicrômetro com antecedência mínima de 30 minutos.

Inserir a cápsula com solo na gaveta do psicrômetro, fechando-a. Determinar a temperatura da amostra no solo e no interior do psicrômetro.

Buscar o equilíbrio entre a temperatura das amostras e do bloco do psicrômetro, efetuando os ajustes no aparelho.

Quando a temperatura do interior do aparelho estiver mais quente que a da amostra, esta deve ser aquecida automaticamente por um bloco aquecedor até que ocorra o equilíbrio. Nessa condição, a determinação demora muito. Então é preciso ajustar o sistema do psicrômetro, diminuindo-se a temperatura interna por meio do painel de controle.

Por outro lado, se a amostra estiver mais quente do que o ar do interior do aparelho, aparece a mensagem “amostra muito quente”, não permitindo a análise. Será necessário ajustar a temperatura no painel de controle do psicrômetro.

Ocorrendo o equilíbrio da temperatura, a análise é iniciada, após determinado tempo (aproximadamente 5 minutos), sendo emitidos um sinal sonoro e um luminoso e apresentadas as leituras de potencial em kPa e pF (pF = log do potencial em cm de coluna de água).

Anotar o potencial e pesar a amostra com a cápsula, anotando a massa total (massa de solo úmido + massa da cápsula).

Deixar a cápsula no ambiente para perda de água e, após algum tempo, repetir a determinação. Assim, o potencial tornar-se-á cada vez mais elevado.

Após a realização dessas determinações, a amostra é levada para estufa a 105 °C para secagem até peso constante e obtenção da massa de solo seco.

A partir de um conjunto de pontos de potencial e conteúdo gravimétrico de água, é possível obter a curva característica da retenção de água no solo.

Com no mínimo seis pontos a partir da equação de ajuste, pode-se obter o conteúdo gravimétrico de água do solo à base de massa para o potencial de 1.500 kPa.

5.5 Cálculos

5.5.1 Conteúdo gravimétrico de água

Em que:

CGAi – conteúdo gravimétrico de água a determinado potencial (kPa), em kg kg-1.

mag – massa de água, em g.

ms – massa de solo seco a 105 °C após atingir peso constante, em g.

5.5.2 Conteúdo volumétrico de água

Em que:

CVAi – conteúdo volumétrico de água a determinado potencial (kPa), em m3 m-3 (normalmente assume-se que o valor da densidade da água é igual a 1,00 g cm-3).

CGAi – conteúdo gravimétrico de água a determinado potencial (kPa), em kg kg-1.

Ds – densidade do solo calculada usando amostra com estrutura indeformada, em kg dm-3 (equivalente a g cm-3) (item 7.3).

5.6 Observações

Para utilizar os resultados obtidos em cálculo de armazenagem de água no solo ou mesmo na curva de retenção de água no solo, é preciso obter o conteúdo volumétrico do solo (CVA).

A vantagem da utilização da cápsula de metal em relação à de plástico é que aquela permite realizar várias determinações de potencial de água na mesma amostra de solo.

Estudos têm demonstrado que o psicrômetro é eficiente na determinação em potenciais maiores que 1.000 kPa.

A priori, o equipamento não permite estabelecer o potencial, que é medido por interpolação. Para isso, determinações abaixo e acima desse potencial (1.500 kPa) devem ser obtidas, para ajuste de uma equação linear (reta) e determinação por estimativa do ponto de murcha permanente.

5.7 Literatura recomendada

Decagon Devices. WP4C Dew Point PotentiaMeter operator’s manual. Disponível em: <http://manuals.decagon.com/Manuals/13588_WP4C_Print.pdf>. Acesso em: 8 dez. 2017.

KLEIN, V. A. Física do solo. 3. ed. Passo Fundo: Ed. da EDIUPF, 2014. 263 p.

KLEIN, V. A.; MARCOLIN C. D. Utilização do psicrômetro WP4 -T para determinação do potencial da água no solo. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE MANEJO E CONSERVAÇÃO DO SOLO E DA ÁGUA, 17., 2008, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Embrapa Solos: SBCS, 2008.

KLEIN, V. A.; REICHERT, J. M.; REINERT, J. D. Água disponível em um Latossolo Vermelho argiloso e murcha fisiológica das culturas. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 10, n. 3, p. 646-650, 2006.

SCANLON, B. R.; ANDRASKI, B. J.; BILSKIE, J. Water potential: miscellaneous methods for measuring matric or water potential. In: DANE, J. H.; TOPP, G. C. (Ed.). Methods of soil analysis: part 4: physical methods. Madison: Soil Science Society of America, 2002. p. 643-670.

— Capítulo 6 —
RETENÇÃO DE ÁGUA DO SOLO PELO MÉTODO DA CENTRÍFUGA

Marcos Aurélio Carolino de Sá

João Herbert Moreira Viana

6.1 Introdução

O método da centrífuga para determinação da curva característica de retenção de água do solo apresenta algumas vantagens em relação aos métodos da mesa de tensão ou câmaras de pressão, tais como: i) rapidez, pois dispensa a espera pelo tempo de equilíbrio superior a 24 horas por ponto; ii) requer uma única saturação, o que minimiza os efeitos da histerese e iii) não apresenta paralisação de secamento por interrupção de contato entre amostra e placa, comum no método da placa porosa em amostras de solos expansivos, com minerais de argila 2:1.

Como desvantagem, ocorre a compactação da amostra ao longo do processo. Entretanto, espera-se que o efeito dessa compactação na acurácia dos resultados seja muito pequeno, pois ocorre de forma mais acentuada em rotações (e consequentemente tensões) mais elevadas, onde o efeito da estrutura do solo na retenção de água tende a ser menos importante que os efeitos da granulometria e da mineralogia.

No método da centrífuga, o período de centrifugação da amostra para determinação de cada ponto é de grande

importância na acurácia dos resultados, pois afeta principalmente os valores de umidade nas tensões mais elevadas, alterando, portanto, o teor de água residual. Para solos do Cerrado, é necessário um tempo superior a 80 minutos. Por segurança, tem-se adotado em análises de rotina o tempo de centrifugação de 2 horas por ponto, independentemente do tipo de solo.

6.2 Princípio

A centrifugação de uma amostra de solo previamente saturada gera um potencial crescente ao longo de seu comprimento (altura da amostra ao longo do anel volumétrico). Com base nesse princípio, é possível calcular a velocidade angular de uma centrífuga (W) em rotações por minuto para uma dada tensão que se queira aplicar à amostra (h), expressa em kPa.

Considera-se uma tensão média na amostra centrifugada, uma vez que na prática haverá, após a centrifugação, um gradiente de umidade ao longo da amostra (mais seco na parte superior, mais úmido na parte inferior). O potencial matricial médio de uma amostra centrifugada não ocorre necessariamente no seu ponto médio, uma vez que esse gradiente de umidade não é linear. Para mais detalhes, consultar Freitas Júnior e Silva (1984), Silva e Azevedo (2002), Smagin et al. (1998) e Smagin (2012).

6.3 Material e Equipamentos

Centrífuga com velocidade máxima superior a 10.00 rpm, ou que possibilite reproduzir a tensão de 1.500 kPa.

Bandeja com pelo menos 5 cm de altura para saturação das amostras.

Discos de papel de filtro de aproximadamente 90 mm de diâmetro ou “fralda” de tecido sintético cortado em círculo presa à parte inferior do anel volumétrico com elástico.

Discos de papel de filtro de aproximadamente 50 mm de diâmetro.

Espátula com largura aproximada de 1,5 cm a 2,0 cm.

Espátula com largura aproximada de 5 cm.

Placa de Petri ou recipiente similar em alumínio.

Balança de precisão com aproximação de 0,1 g.

Estufa com controle de temperatura até 105 °C – 110 °C.

6.4 Procedimento

Definir para a centrífuga a ser utilizada as relações entre rotação e tensão aplicadas à amostra (vide item 6.6 e Tabela 1).

Saturar as amostras por capilaridade por no mínimo 24 horas. Para tanto, colocá-las em bandeja com um disco de papel de filtro de 90 mm de diâmetro embaixo de cada amostra (ou “fralda”), tomando-se o cuidado de não perder solo.

Obs.: colocar as amostras na bandeja na mesma posição do perfil em que foram coletadas (parte superior para cima e parte inferior para baixo).

Adicionar lentamente água destilada ou deionizada (desde que não cause dispersão da amostra), deixando uma lâmina de aproximadamente 4 a 4,5 cm de altura (nunca deixar a amostra submersa).

Obs.: em algumas amostras, a saturação pode ser dificultada pela presença de matéria orgânica com características hidrofóbicas, ou solos muito coesos e/ou compactados. Nesse caso, se a amostra apresentar aspecto seco em sua superfície após algumas horas na água, gotejar cuidadosamente álcool etílico comercial
(92 °GL ou similar) diretamente na superfície do solo com uma seringa ou pipeta, sem desestruturá-lo (normalmente 1 mL a 3 mL são suficientes). Pode-se recorrer ao uso de vácuo para auxiliar a eliminação de bolhas, com o cuidado de não permitir o borbulhamento forte no topo da amostra (muito vácuo ou pressões negativas extremamente baixas), que deforma a estrutura e causa perda de material.

Retirar cuidadosamente as amostras saturadas da bandeja, com auxílio de uma espátula larga, e rapidamente determinar a massa da amostra saturada + anel volumétrico, para obtenção do teor de água na tensão 0 kPa e da porosidade total.

Secar com pano ou toalha absorvente a água aderida às paredes externas do anel. Para facilitar a pesagem, ao retirar a amostra da água e evitar/minimizar a perda de solo, posicionar uma placa de Petri ou recipiente similar de alumínio previamente tarado por cima da amostra, virando amostra e placa de modo que sua parte inferior fique voltada para cima. Retirar o papel de filtro (ou fralda). Se uma parte do solo da amostra ficar aderida ao papel, retirar cuidadosamente com a espátula fina e devolvê-la à amostra. Colocar a placa com o anel na balança. Anotar a massa.

Posicionar na parte inferior da amostra (parte voltada para cima) um disco de papel filtro com diâmetro de 50 mm ou com o diâmetro exato do recipiente suporte. Encaixar o recipiente suporte na amostra (de cima para baixo) e virá-lo junto com a amostra e a placa, de modo que a parte superior da amostra volte a ficar para cima. Retirar a placa de Petri. O papel filtro ficará entre a amostra e a placa perfurada (Figura 1c).

Obs.: Normalmente as centrífugas operam com quatro amostras por vez. Elas devem estar balanceadas (com aproximação de 0,1 g ou conforme recomendações do fabricante da centrífuga), para evitar vibração e danos ao rotor. Para tanto, pesar cada recipiente completo com sua respectiva amostra, anotar o de maior peso e, se necessário, adicionar contrapesos sobre as amostras dos recipientes de menor peso, visando equilibrá-los. Esse procedimento é importante, sobretudo se numa bateria existirem amostras com diferentes graus de compactação ou mesmo granulometria (arenosas e argilosas), cujas densidades podem ser contrastantes. Algumas centrífugas dispõem de mecanismo que impede seu funcionamento, se desbalanceadas.

Tampar e posicionar os recipientes com as amostras (e respectivos contrapesos) na centrífuga, anotando-se suas posições no rotor (normalmente identificadas com números). Ajustar o controle de temperatura da centrífuga para manter a amostra próxima de 20 °C durante todo o processo.

Aplicar a primeira rotação por 2 horas.

Retirar as amostras da centrífuga e, com auxílio de uma espátula fina, retirar os contrapesos, se houver. Determinar a massa de cada amostra + anel volumétrico.

Voltar cada amostra para seu respectivo recipiente com o papel de filtro e balanceá-los novamente. Colocá-los na centrífuga e aplicar nova rotação por 2 horas.

Repetir o processo até que seja determinado o último ponto da curva, quando as amostras devem ser novamente pesadas e secadas em estufa a 105 °C por 24 horas ou até peso constante.

Retirar as amostras da estufa e deixar esfriar (de preferência em dessecador) e determinar a massa da amostra seca + anel volumétrico.

Retirar o solo seco de dentro do anel volumétrico (o mesmo pode ser descartado ou destorroado e peneirado para outras análises como densidade de partículas).

Lavar o anel volumétrico, e, após seco, determinar sua massa. Com paquímetro, medir diâmetro e altura do anel para cálculo do volume, que será utilizado no cálculo da densidade do solo.

6.5 Cálculos

6.5.1 Velocidade angular de uma centrífuga que possui rotor basculante ou móvel para uma dada tensão

Em que:

W – velocidade angular da centrífuga, em rpm.

π – pi (3,14159).

L – comprimento da amostra ao longo do eixo da centrífuga (altura do anel volumétrico), em cm (Figura 1a).

re – raio externo da amostra tendo como referência o eixo da centrífuga, em cm (Figura 1a).

h – tensão média de água na amostra, em kPa.

6.5.2 Velocidade angular de uma centrífuga que possui rotor fixo para uma dada tensão

Em que:

h – tensão média de água na amostra, em kPa.

W – velocidade angular da centrífuga, em rpm.

re – raio externo da amostra, tendo como referência o eixo da centrífuga até o topo da amostra, em m (Figura 1b).

ri – raio interno da amostra, tendo como referência o eixo da centrífuga até a altura da água livre abaixo da amostra ou até o limite inferior da amostra, em m (Figura 1b).

α – ângulo entre o plano de rotação e o eixo de simetria da amostra.

g – aceleração da gravidade (9,80665 m s-2).

L – comprimento da amostra (altura da amostra no anel volumétrico), em m (Figura 1b).

6.5.3 Conteúdo gravimétrico de água

Em que:

CGA – conteúdo gravimétrico de água a determinado potencial (kPa), em kg kg-1.

mag – massa de água (massa da amostra de solo úmido mais a massa do anel, após a saturação ou após cada tensão aplicada, subtraída do peso do anel vazio, limpo e seco), em g.

ms – massa de solo seco (massa da amostra mais a massa do anel, após secagem em estufa a 105 °C – 110 °C após atingir peso constante, subtraídas da massa do anel vazio, limpo e seco), em g.

6.5.4 Conteúdo volumétrico de água

Em que:

CVAi – conteúdo volumétrico de água a determinado potencial (kPa), em m3 m-3 (normalmente assume-se que o valor da densidade da água é igual a 1,00 g cm-3).

CGAi – conteúdo gravimétrico de água a determinado potencial (kPa), em kg kg-1.

Ds – densidade do solo calculada usando amostra com estrutura indeformada, em g cm-3 (item 6.5.5).

6.5.5 Densidade do solo

Em que:

Ds – densidade do solo calculada considerando a amostra com estrutura indeformada, em g cm-3.

ms – massa de solo seco mesmo deformado ou compactado após centrifugação (massa da amostra mais a massa do anel, após secagem em estufa a 105 °C até atingir peso constante, subtraídas da massa do anel vazio, limpo e seco), em g.

V – volume do cilindro, que corresponde ao volume original da amostra indeformada, em cm-3.

6.6 Observações

As amostras de solo indeformadas devem ser coletadas em anéis volumétricos de 51 mm de altura por 50 mm de diâmetro (ou adequados ao modelo da centrífuga). Caso se queira determinar a condutividade hidráulica nas mesmas amostras, fazê-lo antes de determinar a curva de retenção de água pelo método da centrífuga, dada a compactação que ocorre durante o processo.

As amostras acondicionadas no anel a partir da TFSA ou de amostras destorroadas também podem ser usadas para a obtenção dos valores de retenção em valores de tensão elevados (<100 kPa), ou de materiais já originalmente inconsolidados e sem estrutura desenvolvida, como sedimentos e substratos. Os valores mais precisos da retenção de água em baixas tensões dependem da manutenção da macroporosidade de campo, perdida ao se destorroar a amostra.

A centrífuga deve ter velocidade máxima superior a 10.00 rpm, ou que possibilite reproduzir na amostra o valor pF 4,18, correspondente à tensão de 1.500 kPa. O equipamento deve possuir também controle de temperatura (refrigeração) e deve estar adaptada para operar com rotores adequados para centrifugar anéis volumétricos padrão, de 51 mm de altura por 50 mm de diâmetro. Em tais rotores, as amostras são colocadas em recipientes (Figura 1c) que são normalmente confeccionados em alumínio ou material leve que resista à deformação durante a centrifugação. Também é interessante que a centrífuga disponha de controle automático da rotação, para minimizar efeitos de oscilações de tensão na rede elétrica que podem alterar a rotação e interferir na acurácia dos resultados.

Tabela 1. Valores de rotação (W) calculados em função da tensão média na amostra de solo em kPa com base em equação do item 6.5.1, apresentada por Silva e Azevedo (2002), para uma centrífuga com raio externo (re = 9,2 cm), comprimento da amostra ao longo do eixo da centrífuga (L = 5,1 cm). São apresentadas também outras unidades de tensão mátrica comumente encontradas em literatura nacional e internacional, e respectivos fatores de conversão.

W

Tensão mátrica (h)

Outras unidades usuais de tensão mátrica

(h)

rpm

kPa

pF

hPa

atm

bar

mca

120

0,3

0,48

3

0,00

0,00

0,03

218

1,0

1,00

10

0,01

0,01

0,10

378

3,0

1,48

30

0,03

0,03

0,29

535

6,0

1,78

60

0,06

0,06

0,59

691

10,0

2,00

100

0,10

0,10

0,98

977

20,0

2,30

200

0,20

0,20

1,96

1.196

30,0

2,48

300

0,30

0,30

2,94

1.544

50,0

2,70

500

0,49

0,50

4,90

1.953

80,0

2,90

800

0,79

0,80

7,85

2.184

100,0

3,00

1.000

0,99

1,00

9,81

4.368

400,0

3,60

4.000

3,95

4,00

39,23

5.349

600,0

3,78

6.000

5,92

6,00

58,84

6.906

1.000,0

4,00

10.000

9,87

10,00

98,07

8.458

1.500,0

4,18

15.000

14,80

15,00

147,10

O sistema internacional de unidades adota como unidade de pressão/tensão o Pascal (Pa = N m-2) e seus múltiplos, sendo: hPa = hectopascal (1hPa = 100 Pa) e kPa = kilopascal (1kPa = 1.000 Pa). Outras unidades: pF = logaritmo base 10 da pressão em hPa ou cm de água; atm = atmosfera padrão (1 atm = 101.325 Pa); bar (1 bar = 100.000 Pa); mca = metros de coluna de água (1 mca = 9.806,65 Pa).

Algumas centrífugas não permitem a regulagem de valores exatos de rotação conforme apresentados na Tabela 1 (ex.: 53 rpm = 6,0 kPa; 2.18 rpm = 100 kPa), mas apenas regulagens em intervalos a cada 1 rpm até uma dada rotação (ex.: 53 rpm; 54 rpm; 55 rpm) e em rotações mais elevadas, regulagens a cada 10 rpm (ex.: 2.00 rpm; 2.10 rpm; 2.20 rpm). Nesse caso, sugere-se regular a centrífuga para o valor mais próximo (ex.: 54 rpm e 2.20 rpm), e as tensões realmente aplicadas serão, respectivamente, 6,12 kPa e 101,49 kPa, tendo por base Freitas Júnior e Silva (1984) e Silva e Azevedo (2002). As diferenças entre a tensão prevista e a realmente aplicada serão neste caso de 2,00% e 1,49%. Se necessário, para minimizar esse erro, utilizar os valores de tensão reais aplicados pela centrífuga no ajuste da curva por regressão.

6.7 Referências

FREITAS JÚNIOR, E. de; SILVA, E. M. da. Uso da centrífuga para determinação da curva de retenção de água do solo, em uma única operação. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 19, n. 11, p. 1423-1428, nov. 1984.

SILVA, E. M. da; AZEVEDO, J. A. de. Influência do período de centrifugação na curva de retenção de água em solos de Cerrado. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Basília, DF, v. 37, n. 10, p. 1487-1494, out. 2002.

SMAGIN, A. V. Column-centrifugation method for determining water retention curves of soils and disperse sediments. Eurasian Soil science, v. 45, n. 4, p. 416-422, 2012.

SMAGIN, A. V.; SADOVNIKOVA, N. B.; BEN ALI, M. M. The determination of the primary hydrophysical function of soil by the centrifuge method. Eurasian Soil science, v. 31, n. 11, p. 1237-1244, 1998.

6.8 Anexo

Figura 1. Representação esquemática de uma amostra de solo em uma centrífuga onde as amostras giram paralelas ao plano de rotação, na qual se aplica a equação de Silva e Azevedo (2002) (a); em uma centrífuga de rotor fixo onde o eixo das amostras forma um ângulo com o plano de rotação, sendo necessária a correção pela equação 6.5.2, proposta nos trabalhos de Smagin et al. (1998) e Smagin (2012) (b); e do recipiente suporte (c), no qual a amostra (anel volumétrico) é colocada para centrifugação.

— Capítulo 7 —
DENSIDADE DO SOLO

Brivaldo Gomes de Almeida

João Herbert Moreira Viana

Wenceslau Geraldes Teixeira

Guilherme Kangussu Donagemma

7.1 Introdução

O método de determinação da densidade do solo visa medir a densidade média de um volume conhecido de solo, estando a densidade relacionada com a porosidade total e com a composição orgânica e mineralógica média do solo.

7.2 Princípio

A determinação da densidade do solo envolve duas etapas, sendo a obtenção da massa da amostra por pesagem e a determinação de seu volume. O volume pode ser obtido por meio da coleta de amostra com cilindro de volume conhecido ou por meio da medição do volume de um fragmento (torrão ou monolito), adequadamente amostrado com sua estrutura preservada.

A massa da amostra é obtida por meio de sua pesagem após secagem em estufa, e o volume, por meio da medida do volume interno do cilindro metálico utilizado na coleta ou por meio da medida do volume do líquido deslocado pelo torrão parafinado ou monolito impermeabilizado.

7.3 Métodos

7.3.1 Método do cilindro volumétrico

7.3.1.1 Princípio

Obtenção da massa por pesagem e do volume pela coleta de amostras de solo com estrutura indeformada por meio de um cilindro de volume interno conhecido.

7.3.1.2 Material e Equipamentos

Cilindro (anel) volumétrico de 100 cm3.

Lata de alumínio ou outro com no mínimo 150 cm3 de volume.

Paquímetro.

Balança com capacidade para 200 g e com precisão de 0,01 g.

Estufa com ajuste de temperatura para 105 °C.

7.3.1.3 Procedimento

Coletar a amostra com o uso de cilindro métalico. A amostragem deve ser feita com cuidado, evitando-se a compactação do solo no interior do cilindro, por meio da escavação do solo ao redor do cilindro, na medida em que ele é inserido no solo.

Medir e anotar em triplicata as dimensões do cilindro que contém a amostra usando um paquímetro. Com esses dados, calcular o volume do cilindro.

Remover a amostra do cilindro e transferir para o recipiente numerado e de massa conhecida.

Secar em estufa a 105 °C por 48 horas, retirar, deixar esfriar em dessecador e pesar.

7.3.1.4 Cálculo

Em que:

Ds – densidade do solo, em kg dm-3 (equivalente a g cm-3).

ma – massa da amostra de solo seco a 105 °C até peso constante, em g.

V – volume do cilindro, em cm3.

7.3.1.5 Observações

Em geral, o método é adequado para solos bem estruturados.

É conveniente amostrar com solo úmido (friável). Solos muito secos poderão ser umedecidos para uma coleta mais adequada, se a umidade atual não for de interesse. Para alguns solos (expansíveis), é recomendado descrever a umidade ou potencial do solo no momento da coleta.

Os cilindros deverão ter um corte em bizel para facilitar sua penetração no solo e evitar a compactação das amostras dentro do cilindro. A inserção do cilindro no solo se faz por percussão ou com o uso de macacos hidráulicos.

Podem ser utilizados cilindros com outros volumes. Evitar volumes menores de 50 cm³ . Em horizontes superficiais e ou solos com indicação de grande heterogeneidade estrutural aumentar o volume de cilindros coletados para a caracterização.

7.3.2 Método da proveta

7.3.2.1 Princípio

Obtenção da massa por pesagem após compactação da amostra de solo em uma proveta até o volume pré-determinado.

7.3.2.2 Material e Equipamentos

Balança com precisão de 0,01 g.

Proveta graduada de 100 mL.

Manta de borracha de 5 mm de espessura.

Estufa com ajuste de temperatura para 105 °C.

Dessecador.

7.3.2.3 Procedimento

Pesar uma proveta de 100 mL.

Determinar a umidade da amostra em base gravimétrica.

Encher a proveta com solo, colocando, de cada vez, aproximadamente 35 mL, deixando cair de uma só vez e em seguida compactar o solo batendo a proveta 10 vezes sobre manta de borracha de 5 mm de espessura, com altura de queda de cerca de 10 cm.

Repetir essa operação por mais duas vezes, até que o nível da amostra fique nivelado com o traço do aferimento da proveta.

Pesar o solo da proveta com a amostra e calcular a densidade.

7.3.2.4 Cálculo

Em que:

Ds – densidade do solo, em kg dm-3 (equivalente a g cm-3).

m – massa da amostra de solo (TFSA), em g.

V – volume de solo na proveta, em cm3.

f – fator de correção de umidade da amostra (item 3.5).

7.3.2.5 Observação

Essa determinação só apresenta resultados comparáveis aos obtidos pelo método do cilindro para solos arenosos, não sendo recomendável para solos de granulometria mais fina.

7.3.3 Método do torrão parafinado

7.3.3.1 Princípio

Obtenção da massa por pesagem e do volume pelo deslocamento de líquido após a impermeabilização de um torrão com parafina fundida.

7.3.3.2 Material e Equipamentos

Parafina sólida.

Balança com precisão de 0,01 g.

Placa aquecedora.

Termômetro.

Béquer graduado de 1 L.

Recipiente de metal ou vidro temperado para fusão da parafina.

Estufa com ajuste de temperatura para 105 °C.

Dessecador.

7.3.3.3 Procedimento

Pesar o torrão seco ao ar, que deverá ter de 4 cm a 7 cm de diâmetro.

Mergulhar o torrão em parafina fundida (60 °C – 65 °C), cuidando para que seja completamente recoberto por ela. O uso de um laço de fio amarrado ao torrão auxilia este passo e o seguinte.

Remover o torrão, escorrer o excesso de parafina e deixar esfriar.

Pesar o torrão impermeabilizado após o resfriamento.

Colocar um béquer graduado de tamanho suficiente para que o torrão parafinado se situe abaixo da marca graduada máxima sobre a balança e zerá-la. Encher o béquer com água até a marca graduada máxima. Medir a massa e a temperatura da água. Esvaziar e secar o béquer. Introduzir o torrão parafinado no béquer e zerar a balança. Completar o béquer com água até a marca graduada máxima. Anotar o peso obtido.

Retirar o torrão, partir com uma faca e transferir uma parte dele, sem resíduos da parafina, para uma lata de alumínio, para determinar a umidade por secagem em estufa a 

105 °C até peso constante.

7.3.3.4 Cálculos

Em que:

Ptor – massa do torrão seco a 105 °C, em kg.

mtu – massa do torrão úmido, em kg.

b – umidade da subamostra, em kg kg-1.

Pparafina – massa da parafina, em kg.

Vparafina – volume da parafina, em dm3.

mtp – massa do torrão parafinado, em kg.

mtor – massa do torrão seco ao ar, em kg.

Vtor – volume do torrão, em dm3.

Va – volume total de água do béquer, em dm3.

Vat – volume de água adicionado ao béquer com o torrão, em dm3.

Vparafina – volume da parafina, em dm3.

Valor 0,9 – densidade da parafina comercial (0,89 a 0,93 g cm-3).

Ds – densidade do solo, em kg dm-3 (equivalente a g cm-3).

Ptor – massa do torrão seco a 105 °C até peso constante, em kg.

b – volume do torrão, em dm3.

7.3.4 Método do monolito

7.3.4.1 Princípio

Obtenção da massa por pesagem e do volume pelo deslocamento de líquido após a impermeabilização do monolito com resina ou verniz.

7.3.4.2 Material e Equipamentos

Balança com capacidade para 15 kg e sensibilidade de 0,5 g.

Balde ou recipiente similar de 10 L.

Espátula.

Pincel macio.

Bandeja de plástico.

Estufa.

7.3.4.3 Reagentes

Cola branca de PVA.

Resina acrílica ou verniz.

Álcool etílico hidratado.

7.3.4.4 Procedimento

Esculpir o monolito na trincheira, com o auxílio de martelo pedológico, espátula ou similar. Aplicar a cola branca diluída em água e álcool na proporção 5:4:1 (água:cola:álcool) em toda a superfície exposta do monolito. Deixá-lo secar ao ar. Se necessário, em caso de ameaça de chuva, cobrir com proteção plástica.

Remover o monolito do local, quebrando-o na base, inverter, colocar em bandeja de tamanho adequado e impregnar a base do monolito com a cola branca diluída em água e álcool. Deixá-lo secar ao ar.

Aplicar a resina acrílica ou o verniz, com o auxílio de um pincel macio, em toda a superfície do monolito. Aplicar uma segunda mão, se necessário (o verniz deve formar um filme contínuo e sem falhas ou pontos onde a água possa penetrar). Deixar secar completamente ao ar.

Pesar o monolito impregnado.

Colocar um recipiente de tamanho suficiente para caber o monolito sobre uma balança e tarar. Encher o recipiente com água até a marca superior. Pesar a massa de água e esvaziar o recipiente.

Colocar o monolito no recipiente e zerar a balança. Completar com água até a marca superior e pesar.

Remover o monolito, partir ao meio e coletar uma amostra (torrão) de seu interior e levar para estufa para determinação da umidade.

7.3.4.5 Cálculos

Em que:

Pmon – massa seca do monolito, em kg.

a – massa do torrão úmido, em kg (assume-se que a densidade da água é igual a 1,0 kg m-3).

b – conteúdo gravimétrico de água da subamostra, em kg kg-1.

Vmon – volume do monolito, em dm3.

a – volume total de água do recipiente, em dm3.

b – volume de água adicionado ao recipiente com o monolito, em dm3.

Ds – densidade do solo, em kg dm-3 (equivalente a g cm-3).

Pmon – massa do monolito seco a 105 °C, em kg.

Vmon – volume do monolito, em dm3.

7.3.4.5 Observação

Esse método foi desenvolvido para solos cascalhentos, nos quais não é possível obter torrões para impregnação. Pode ser usado para qualquer solo, desde que amostrado um volume mínimo representativo (Viana, 2009).

7.4 Referências

VIANA, J. H. M. Determinação da densidade de solos e de horizontes cascalhentos. Sete Lagoas: Embrapa Milho e Sorgo, 2009. (Embrapa Milho e Sorgo. Comunicado técnico, 154).

7.5 Literatura recomendada

ALMEIDA, B. G. de; DONAGEMMA, G. K.; RUIZ, H. A.; BRAIDA, J. A.; VIANA, J. H. M.; REICHERT, J. M. M.; OLIVEIRA, L. B.; CEDDIA, M. B.; WADT, P. G. S.; FERNANDES, R. B. A.; PASSOS, R. R.; DECHEN, S. C. F.; KLEIN, V. A.; TEIXEIRA, W. G. Padronização de métodos para análise granulométrica no Brasil. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2012. 11 p. (Embrapa Solos. Comunicado técnico, 66).

BLAKE, G. R.; HARTGE, K. H. Bulk density. In: KLUTE, A. (Ed.). Methods of soil analysis: part 1: physical and mineralogical methods. 2nd ed. Madison: Soil Science Society of America, 1986. p. 363-375.

CLAESSEN, M. E. C. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. e atual. Rio de Janeiro: EMBRAPA-CNPS, 1997. 212 p. (EMBRAPA-CNPS. Documentos, 1).

KLUTE, A. (Ed.). Methods of soil analysis: part 1: physical and mineralogical methods. 2nd ed. Madison: Soil Science Society of America, 1986. 1188 p.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministerio da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

— Capítulo 8 —
DENSIDADE DE PARTÍCULAS

João Herbert Moreira Viana

Wenceslau Geraldes Teixeira

Guilherme Kangussu Donagemma

8.1 Introdução

O método de determinação da densidade de partículas visa medir a densidade média das partículas minerais e orgânicas na amostra de solo, refletindo sua composição média. Essa densidade está relacionada ao volume efetivamente ocupado por matéria sólida, desconsiderando a porosidade. No entanto, sua determinação pode ser afetada pela fração dos poros que não está efetivamente aberta para a atmosfera, como os poros oclusos no interior de minerais ou nódulos.

8.2 Métodos

8.2.1 Método do balão volumétrico

8.2.1.1 Princípio

A determinação envolve duas etapas: a obtenção da massa da amostra por pesagem e a determinação de seu volume. A massa da amostra é obtida por pesagem desta após secagem em estufa. A determinação do volume da amostra é obtida por meio da medida da diferença entre o volume de um líquido necessário para preencher um recipiente calibrado vazio e o volume do líquido necessário para completar o volume do recipiente contendo a amostra seca.

8.2.1.2 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 50 mL.

Balança com precisão de 0,001 g.

Buretas de 50 mL.

Estufa com ajuste de temperatura para 105 °C.

Funil.

Recipiente (lata metálica, cadinho ou placa de Petri).

8.2.1.3 Reagentes e Soluções

Água deionizada e desaerada (ADD).

Álcool etílico hidratado.

8.2.1.4 Procedimento

Aferir balão volumétrico de 50 mL com água deionizada e desaerada.

Pesar 20 g de solo, colocar em recipiente de massa conhecida, secar em estufa a 105 °C até peso constante. Deixar esfriar em dessecador e pesar, obtendo-se a massa da amostra seca.

Transferir a amostra para o balão aferido de 50 mL com o auxílio de um funil.

Adicionar álcool etílico até cobrir a amostra, agitando bem o balão para eliminar as bolhas de ar que se formam. Deixar em repouso por meia hora.

Prosseguir com a operação, vagarosamente, até completar o volume do balão, verificando-se a ausência de bolhas.

Anotar o volume de álcool gasto.

8.2.1.5 Cálculo

Em que:

Dp – densidade de partículas, em kg dm-3 (equivalente a g cm-3).

ma – massa da amostra seca a 105 °C, em g.

VT – volume total aferido do balão, em mL.

Vu – volume utilizado para completar o balão com a amostra, em mL.

8.2.2 Método do picnômetro

8.2.2.1 Princípio

A determinação da massa da amostra é obtida por meio de pesagem desta seca em estufa. A determinação do volume da amostra é feita por meio da medida da diferença entre a quantidade de um líquido necessária para preencher um recipiente especialmente concebido para a medida precisa de volume e a quantidade do líquido necessária para completar o recipiente contendo a amostra seca.

8.2.2.2 Material e Equipamentos

Picnômetro de 50 mL.

Balança com precisão de 0,001 g.

Estufa com ajuste de temperatura para 105 °C.

Bomba de vácuo.

Dessecador.

Termômetro.

Picnômetro com termômetro acoplado.

Funil de vidro.

8.2.2.3 Reagentes e Soluções

Água deionizada e desaerada (ADD).

8.2.2.4 Procedimento

Pesar a massa do picnômetro seco e limpo.

Completar o volume do picnômetro com ADD. Colocar a tampa, secar cuidadosamente a parte externa e pesar o conjunto.

Completar o volume do picnômetro com ADD. Colocar a tampa, secar cuidadosamente a parte externa e pesar o conjunto.

Pesar 10 g de solo (TFSA), secar em estufa por 24 horas a 105 °C. Deixar esfriar em dessecador. Dessa forma, será obtida a terra fina seca em estufa (TFSE).

Transferir a amostra de TFSE para o picnômetro limpo e seco, com o auxílio de um funil, e pesar a massa do conjunto, em seguida.

Adicionar a ADD até cobrir a amostra, agitando o picnômetro para eliminar as bolhas de ar que se formam. Colocar em dessecador com tampa, aplicar o vácuo por cerca de meia hora, desligar a bomba de vácuo, abrir o dessecador e deixar em repouso por meia hora.

Completar o volume do picnômetro com ADD, colocar a tampa e secar a parte exterior, caso haja escorrimento de excedente.

Pesar o conjunto e anotar.

Medir a temperatura do líquido no picnômetro e anotar.

8.2.2.5 Cálculo

Em que:

Dp – densidade de partículas para a amostra, em kg dm-3.

da – densidade da água corrigida para a temperatura no momento da análise, em kg dm-3. A densidade da água pura (kg dm-3) em função da temperatura é: 20 °C = 0,99823; 22 °C = 0,99777; 24 °C = 0,99726; 25 °C = 0,99704.

mp+s – massa do conjunto picnômetro + amostra de solo seca (TFSE), em g.

mp – massa do picnômetro limpo e seco, em g.

mp+a – massa do conjunto picnômetro + água deionizada e desaerada, em g.

mp+s+a – massa do conjunto picnômetro + amostra seca (TFSE) + água deionizada e desaerada, em g.

8.3 Observações

Em solos com minerais ou com a presença de substâncias hidrofóbicas, a água poderá ser substituída pelo álcool etílico. Nesse caso, é necessária uma correção para a densidade do álcool na temperatura utilizada.

Para aumentar a precisão das avaliações, recomenda-se utilizar ao menos um picnômetro acoplado a um termômetro para medição da temperatura da água dentro do picnômetro. Essa medida será utilizada para a seleção do valor de densidade utilizado nos cálculos.

A água deionizada poderá ser desaerada adicionando-a num béquer colocado num dessecador acoplado a uma bomba de vácuo. A aplicação de 80 kPa a 100 kPa é suficiente para desaerar a água e evitar a formação de bolhas no picnômetro.

8.4 Literatura recomendada

CLAESSEN, M. E. C. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. e atual. Rio de Janeiro: EMBRAPA-CNPS, 1997. 212 p. (EMBRAPA-CNPS. Documentos, 1).

KLUTE, A. (Ed.). Methods of soil analysis: part 1: physical and mineralogical methods. 2nd ed. Madison: Soil Science Society of America, 1986. 1188 p.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministerio da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

— Capítulo 9 —
POROSIDADE

Brivaldo Gomes de Almeida

Pedro Luiz de Freitas

Wenceslau Geraldes Teixeira

João Herbert Moreira Viana

Guilherme Kangussu Donagemma

9.1 Porosidade Total

9.1.1 Introdução

A porosidade total do solo é a fração do volume total em um determinado volume de solo passível de ser ocupada por água e/ou ar. O conhecimento da porosidade total é importante para se entender o movimento e a retenção de água, ar e solutos no solo, entre outros aspectos.

9.1.2 Princípio

A medida direta da porosidade total é obtida pela mensuração da massa de água necessária para saturar uma amostra de solo de volume total conhecido. Baseia-se na saturação do solo com água, que deve ocupar todo o volume de poros. Assume-se a densidade da água igual a 1.000 kg m-3, e a massa de água obtida pela diferença do solo saturado e do solo seco em estufa, por pesagem em balança semianalítica, igual a seu volume.

A porosidade total pode ser também estimada pela relação entre a densidade do solo e a densidade das partículas, sendo que a densidade do solo considera o volume de poros mais o volume das partículas e a densidade das partículas considera apenas o volume das partículas. Assim, é possível calcular o volume de poros assumindo a densidade de solo como resultado de uma média ponderada das densidades de partícula e do ar, desprezando-se a massa de ar.

9.1.3 Material e Equipamentos

Cilindros metálicos.

Dessecador.

Bandeja plástica.

Latas de alumínio com tampa.

Pano multiuso e tesoura.

Elástico látex Nº18 (liga de borracha).

Estufa com ajuste de temperatura para 105 °C.

Balança.

Ebulidor ou similar.

9.1.4 Reagentes e soluções

Água desaerada.

9.1.5 Procedimento para amostras indeformadas

Preparar a amostra de solo contida no cilindro (previamente pesado), nivelando as duas superfícies e colocando, na sua parte inferior, tecido apropriado preso com liga de borracha, anteriormente pesados, obtendo-se assim o conjunto amostra-cilindro-tecido-liga.

Colocar o conjunto amostra-cilindro-tecido-liga em tampa de lata de alumínio numerada, previamente pesada.

Transferir o conjunto amostra-cilindro-tecido-liga para bandeja plástica com altura superior à do cilindro, adicionar água (previamente desaerada), até atingir uma coluna de cerca de 1 cm no anel. Aguardar a ascensão capilar da água até o topo da amostra. Quando a água atingir o topo, completar a bandeja com água até que o nível desta fique bem próximo da borda do cilindro. Não submergir completamente as amostras.

Deixar nessas condições até que todas as amostras apresentem a sua superfície brilhante, condição obtida, geralmente, em torno de 12 horas.

Retirar rapidamente o conjunto amostra-cilindro-tecido-liga, colocar na respectiva tampa e pesar. Ao lidar com várias amostras, manter constante o nível de água na bandeja plástica.

Se usar a amostra para outras determinações (como para a medida da curva de retenção de água), o cálculo da percentagem de saturação será feito após a obtenção do peso da amostra de solo seco a 105 °C até atingir peso constante.

Caso contrário, retirar o elástico, reservar, colocar na tampa da lata correspondente e transferir para estufa a 105 °C até atingir peso constante.

Retirar da estufa, deixar esfriar em dessecador, juntar ao conjunto o respectivo elástico e pesar, obtendo a massa do conjunto amostra-cilindro-tecido-elástico.

Retirar a amostra do cilindro, separando o tecido, lavando-o e reservando-o, juntamente com a liga, para os próximos procedimentos.

Montar o conjunto cilindro-tecido-elástico, imergindo-o em água. Separar uma tampa de lata de alumínio numerada, previamente pesada. Retirar rapidamente o conjunto cilindro-tecido-liga, colocar na respectiva tampa e pesar, obtendo-se assim a massa do conjunto cilindro-tecido-liga saturado. Essa operação é necessária para eliminar, nos cálculos, a massa de água que não estava contida nos poros do solo, e sim adsorvida ao conjunto cilindro-tecido-elástico.

9.1.6 Cálculos

9.1.6.1 Método Direto

Em que:

Pt – Porosidade total, em m3 m-3.

a – massa do conjunto amostra-cilindro-tecido-liga saturado, em kg.

b – massa do conjunto amostra-cilindro-tecido-liga seco a 105 °C, em kg.

c – massa do conjunto cilindro-tecido-liga saturado, em kg.

d – massa do conjunto cilindro-tecido-liga seco a 105 °C, em kg.

e – volume total da amostra, em m3. Nesse caso, assume-se que o volume total da amostra é igual ao volume do cilindro, que pode ser estimado por:

Em que:

Vc – volume do cilindro, em m3.

r – raio do cilindro, em m.

h – altura do cilindro, em m.

9.1.6.2 Método Indireto

Em que:

Pt – porosidade total, em m3 m-3.

Dp – densidade de partículas sólidas do solo, em kg dm-3 (item 8.2).

Ds – densidade do solo, em kg dm-3 (item 7.3).

9.1.7 Observações

O método direto é considerado como padrão, mas por vezes não se consegue que todo o espaço poroso seja ocupado por água. Assim, pode apresentar valores menores que os do método indireto. Essa diferença entre o método direto e indireto é referida na literatura como porosidade oclusa.

Em algumas situações, características do solo dificultam a completa saturação da amostra, podendo ter como causa o revestimento de seus poros por substâncias hidrofóbicas. Nesses casos, estando a amostra sob água desaerada, borrifar álcool etílico na superfície da amostra. Em casos de solos muitos coesos ou compactados, as amostras poderão ser colocadas numa bandeja com água dentro do dessecador e submetidas a baixo vácuo para saturação.

Para estimativa da porosidade total com amostras indeformadas, quando os cilindros são coletados no campo (ver capítulo 4), os valores são estimados pelo volume de água na amostra saturada (0 kPa).

9.2 Microporosidade (Método da mesa de tensão)

9.2.1 Introdução

A microporosidade pode ser definida como o volume de poros do solo que possuem diâmetro menor que 0,050 mm (50 µm), correspondendo à água retida dos poros quando da aplicaçãoe equilíbrio de uma coluna de água de 0,60 m. Operacionalmente, a microporosidade é o volume que a água ocupa na amostra após o equilíbrio da amostra submetida a um potencial de 0,60 m.

9.2.2 Princípio

Determinação da massa de água retida em amostra de solo de volume conhecido, após o tempo de equilíbrio na mesa de tensão, por pesagem. As amostras não deformadas são saturadas e colocadas em mesa de tensão, aplicando-se tensão de 0,60 m de coluna de água (6 kPa), e pesadas após o equilíbrio.

9.2.3 Material e Equipamentos

Anéis metálicos.

Mesa de tensão.

Balança semianalítica.

9.2.4 Reagentes e soluções

Água desaerada.

9.2.5 Procedimento

Detalhes desse procedimento podem ser obtidos no Capítulo 4.

9.2.6 Cálculo

Em que:

Mi – microporosidade, em m3 m-3.

a – massa de solo seco + água retida após equilíbrio com um potencial de 6 kPa (60 cm de coluna de água), em g.

b – massa do solo seco a 105 ºC, em g.

c – volume total da amostra, em cm3 (nesse caso, assume-se que o volume total da amostra é igual ao volume do cilindro).

9.2.7 Observações

Nos cálculos, considera-se a densidade da água igual a 1.000 kg m-3, sendo que a massa de água obtida pela diferença do solo saturado e do solo equilibrado ao potencial de 6 kPa, por pesagem em balança analítica, é igual a seu volume.

É fundamental manter a estrutura do solo na coleta e durante os ensaios. Assim, a forma de coleta pode influenciar nos resultados, dando-se preferência aos anéis de aço ou alumínio, evitando-se o uso de anéis de PVC, que podem ser deformados durante todo o processo de inserção no solo.

9.3 Macroporosidade

9.3.1 Cálculo

Em que:

Ma – macroporosidade, em m3 m-3.

Pt – porosidade total, em m3 m-3 (item 9.1.6).

Mi – microporosidade, em m3 m-3 (item 9.2.6).

9.4 Distribuição de tamanho de poros

9.4.1 Introdução

A avaliação da distribuição de poros de solos por classes de tamanho separa os poros em duas classes distintas: macroporos, representados por poros não capilares, e microporos, para os capilares. Apesar das inúmeras classificações de poros por tamanho, o diâmetro de 50 µm tem sido adotado como limite entre essas classes no Brasil.

9.4.2 Princípio

Rearranjo da equação de capilaridade para estimativa dos raios dos poros equivalentes (r) que permanecem cheios após uma amostra de solo ser submetida a determinado potencial.

9.4.3 Cálculo

Em que:

r – raio do maior poro que permanece cheio de água após a amostra de solo ser submetida a determinado potencial, em m.

h – equivalente da altura de ascensão de água (mca) num tubo capilar (tensão hidrostática), em m.

γ – tensão superficial entre a solução do solo e o ar (0,0728 N m-1 a 20 °C).

ζ – ângulo de contato entre as fases líquida e sólida nas paredes dos poros, normalmente considerado 0 °, e o seu cosseno assume o valor unitário.

ρágua – densidade da água (998 kg m-3 a 20 °C).

ρar – densidade do ar (1 kg m-3 a 20 °C) (geralmente pode ser negligenciada).

g – aceleração da gravidade (9,81 m s-2).

Apesar de [r] na teoria da capilaridade representar o raio do capilar, na escala dos poros do solo isso é normalmente denominado de “raio equivalente do poro”, sendo apenas uma aproximação do raio real dos poros do solo (Kutilek; Nielsen, 1994).

Após substituição dos valores citados anteriormente, a equação da capilaridade pode ser aproximada para grande parte dos estudos pela relação abaixo. Os macroporos, que teriam diâmetro > 50 µm, seriam drenados a uma tensão/pressão de 0,6 mca (6 kPa), sendo esse o limite entre macroporos e microporos.

9.4.4 Observações

Há autores que usam uma classificação simplificada, separando os poros em apenas duas classes: macroporos, quando os poros têm diâmetro (ø) maior que 60 μm; e microporos, quando os poros são menores que 60 μm, como proposto por Kiehl (1979), enquanto Bamberg et al. (2009), Richards (1965) e USDA (1972) classificam os macroporos como os com ø > 50 μm e microporos os com ø < 50 μm.

Uma classificação intermediária, considerando quatro classes de poros, com base nas classificações sugeridas por Klein e Libardi (2002) e Prevedello (1996), é apresentada na Tabela 1.

Tabela 1. Classes de poros de acordo com o diâmetro equivalente dos poros no solo e potencial de equilíbrio pela equação da capilaridade.

Classe de poro

Diâmetro equivalente do poro (μm)

h (mca)

Macroporos

> 300

≤ 0,1

Mesoporos

300 a 50

0,1 a 0,6

Microporos

50 a 0,2

0,6 a 149

Criptoporos

< 0,2

> 149

Solos arenosos, com grande amplitude de tamanho das partículas na fração areia (muito grossa a muito fina), podem apresentar poros não capilares que variam de grandes a pequenos enquanto solos argilosos podem apresentar poros capilares variando de pequenos a muito pequenos. Assim, a classificação simplificada (macro e microporos) não elucida a grande variabilidade no tamanho de poros que pode ocorrer nos solos. Nesses casos, usando uma classificação mais abrangente juntamente com a tensão/pressão (h) a ser aplicada para esvaziar a respectiva classe de poro, podem-se determinar os diferentes tamanhos de poros nos solos (Tabela 2).

Tabela 2. Classes de poros de acordo com o diâmetro equivalente dos poros no solo (Brewer, 1964).

Classe de poro

Diâmetro equivalente do poro (µm)

Macroporos

Grandes

> 5.000

Médios

5.000 – 2.000

Pequenos

2.000 – 1.000

Muito pequenos

1.000 – 74

Mesoporos

74 – 30

Microporos

30 – 6

Ultramicroporos

6 – 0,1

Criptoporos

< 0,1

Quando se tem a curva de retenção de água em um solo já ajustada para uma equação contínua, é possível obter, por meio de derivadas, a distribuição de frequência dos diâmetros equivalentes dos poros no solo de forma contínua (Durner, 1994; Mallants et al., 1997; van Genuchten, 1980). Para avaliação de determinada classe de porosidade do solo, determina-se a umidade de equilíbrio utilizando a fórmula da capilaridade. Os procedimentos de preparo das amostras, condução das avaliações e obtenção dos resultados estão detalhados no Capítulo 4 (Retenção de água), e os cálculos para cada potencial são semelhantes aos detalhados no item 4.2.5.

9.5 Referências

BAMBERG, A. L.; TIMM, L. C.; PAULETTO, E. A.; PINTO, L. F. S.; NEBEL, A. L. C.; PANZIERA, W. Qualidade físico-hídrica do solo e a produção de morango. In: TIMM, L. C.; TAVARES, V. E. Q. T.; REISSER JUNIOR, C.; ESTRELA, C. C. (Ed.). Morangueiro irrigado: aspectos técnicos e ambientais do cultivo. 1. ed. Pelotas: Ed. da UFPel, 2009. v. 1. p. 115-139.

BREWER, R. Fabric and mineral analysis of soils. New York: J. Wiley, 1964. 470 p.

DURNER, W. Hydraulic conductivity estimation for soils with heterogeneous pore structure. Water Resources Research, v. 30, p. 211-223, 1994.

KIEHL, E. J. Manual de edafologia: relações solo-planta. São Paulo: Agronômica Ceres, 1979. 262 p.

KLEIN, V. A.; LIBARDI, P. L. Densidade e distribuição do diâmetro dos poros de um Latossolo Vermelho, sob diferentes sistemas de uso e manejo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 26, p. 857-867, 2002.

KUTÍLEK, M.; NIELSEN, D. R. Soil hydrology. Cremlingen-Destedt: Catena, 1994. 370 p.

MALLANTS, D.; TSENG, P. H.; TORIDE, N.; TIMMERMAN, A.; FEYEN, J. Evaluation of multimodal hydraulic functions in characterizing a heterogeneous field soil. Journal of Hydrology, v. 195, p. 172-199, 1997.

PREVEDELLO, C. L. Física do solo com problemas resolvidos. 1. ed. Curitiba: Salesward-Discovery, 1996. 446 p.

RICHARDS, L. A. Physical conditions of water in soil. In: BLACK, C. A.; EVANS, D. D; ESNMINGER, L. E.; CLARK, F. E. (Ed.). Methods of soil analysis: part 1: physical and mineralogical properties. Madison: American Society of Agronomy, 1965. p. 128-152.

USDA. Department of Agriculture. Soil Conservation Service. Soil survey laboratory methods and procedures for collecting soil samples. Washington, DC, 1972. (USDA. Report, n. 1).

van GENUCHTEN, M. Th. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal, v. 44, n. 5, p. 892-898, 1980.

9.6 Literatura recomendada

BOUMA, J. Influence of soil macroporosity on environmental quality. Advances in Agronomy, v. 46, p. 1-37, 1991.

DONAGEMA, G. K.; CAMPOS, D. V. B. de; CALDERANO, S. B.; TEIXEIRA, W. G.; VIANA, J. H. M. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2011. 230 p. (Embrapa Solos. Documentos, 132).

DONAHUE, R. L. Laboratory manual for introductory soils. [S.l.]: Interstate, 1952. 151 p.

FORSYTHE, W. Física de suelos: manual de laboratório. San Jose: IICA, 1975. 212 p.

LIBARDI, P. L. Dinâmica da água no solo. São Paulo: EDUSP, 2005. 352 p.

OLIVEIRA, L. B. Coeficiente de permeabilidade de dois tipos de solo (aluvial) da Estação Experimental do Curado. Recife: Instituto Agronômico do Nordeste, 1961. 32 p. (IAN. Boletim técnico, 16).

REINERT, D. J.; REICHERT, J. M. Coluna de areia para medir a retenção de água no solo - protótipos e teste. Ciência Rural, v. 36, n. 6, p. 1931-1935, 2006.

RICHARDS, L. A. Pressure-membrane apparatus, construction and use. Agricultural Engineering, v. 28, p. 451-454, 1947.

RICHARDS, L. A.; WEAVER, L. R. Fitten-atmosphere percentage as related to the permanent wilting percentage. Soil Science, v. 56, n. 5, p. 331-340, 1943.

— Capítulo 10 —
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

Guilherme Kangussu Donagemma

João Herbert Moreira Viana

Brivaldo Gomes de Almeida

Hugo Alberto Ruiz

Vilson Antônio Klein

Sonia Carmela Falci Dechen

Raphael Bragança Alves Fernandes

10.1 Introdução

A análise granulométrica visa à quantificação da distribuição por tamanho das partículas individuais de minerais do solo. Entende-se por partículas individuais os grãos de minerais individualizados, fragmentos de rocha não alterada ou parcialmente alterada (podendo conter mais de um mineral), concreções, nódulos e materiais similares cimentados, conforme definidos pelo Vocabulário de Ciência do Solo (materiais que não podem ser desagregados senão por aplicação de elevada energia, como pancada com martelo). O procedimento operacional visa à ruptura dos agregados do solo e a individualização dessas partículas, por meio de uma combinação de energia mecânica e química, com a formação de uma suspensão estabilizada, e a quantificação após a separação das frações.

10.2 Princípio

Dispersão mecânica e estabilização da amostra por meio de agitador em uma solução dispersante adequada, seguida da separação das frações por peneiramento e sedimentação. Medição das frações separadas por meio de pesagem após secagem em estufa (método padrão) ou da densidade da suspensão.

10.3 Material e Equipamentos

Béquer de plástico de 250 mL.

Béquer de 500 mL.

Béquer de 50 mL.

Balão volumétrico de 1 L.

Latas de alumínio com tampa com capacidade de 200 mL.

Proveta de 50 mL, 100 mL e 250 mL.

Bastão de vidro.

Peneira com malha de 2,0 mm.

Peneira com malha de 0,212 mm.

Peneira com malha de 0,053 mm.

Fundo para jogo de peneiras.

Quarteador.

Funil.

Suporte para funil.

Cilindro de sedimentação de 1 L (Koettgen ou similar).

Bastão para agitação com uma tampa de borracha contendo vários furos e de diâmetro um pouco menor do que o cilindro ou proveta.

Termômetro.

Pipeta graduada de 25 mL.

Balde de plástico de 25 L.

Dessecador com sílica gel anidra.

Densímetro ASTM n° 1 Tipo 152H - com escala Bouyoucos em g L-1.

Agitador rotativo tipo Wagner ou agitador reciprocante.

Agitador magnético.

Balança com precisão de 0,01 g e de 0,001 g.

Estufa com circulação forçada.

pHmetro.

Condutivímetro elétrico.

10.4 Reagentes e Soluções

Álcool etílico.

Solução de hidróxido de sódio 1 mol L-1 – dissolver 40 g de NaOH em água destilada ou deionizada e transferir para balão volumétrico de 1 L, completando o volume com água destilada ou deionizada.

Solução de hexametafosfato de sódio 0,058 mol L⁻¹ tamponada com carbonato de sódio 0,075 mol L⁻¹ – pesar 35,7 g do hexametafosfato de sódio, dissolver em água contida em balão volumétrico de 1 L, adicionar 7,94 g do carbonato de sódio anidro e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de hexametafosfato de sódio 0,038 mol L-1 + hidróxido de sódio 0,1 mol L-1 – pesar 23,25 g do hexametafosfato de sódio, dissolver em água contida em balão de 1 L, adicionar 4,00 g de hidróxido de sódio e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de ácido clorídrico diluído 1:10 – adicionar 100 mL de HCl concentrado p.a. em balão volumétrico de 1 L previamente preenchido até a metade com água destilada ou deionizada. Completar o volume com água. Homogeneizar.

10.5 Procedimento

10.5.1 Solos “normais” sem concentrações elevadas de matéria orgânica ou de sais solúveis

10.5.1.1 Dispersão das amostras

Proceder à medição da umidade residual do solo, para cálculo da correção de umidade (fator f), conforme procedimento descrito no item 3.4.

Pesar 20,00 g de solo (TFSA).

Transferir a amostra para a garrafa do agitador, por meio de funil.

Adicionar 100 mL de água deionizada, lavando-se o funil usado para a transferência da amostra.

Adicionar 10 mL de solução de hidróxido de sódio 1 mol L-1. O volume final deve ser de aproximadamente 150 mL nas garrafas ou vidros.

Montar a(s) garrafa(s) no agitador tipo Wagner, após tampá-la(s) com a rolha de borracha. Apertar a rolha, acionar o agitador e proceder à agitação por 16 horas a 50 rpm. Alternativamente, montar o(s) frasco(s) no agitador horizontal reciprocante, tampá-los e agitar por 16 horas, a 150 ciclos por minuto.

Decorrido o tempo, desligar o agitador e retirar as garrafas ou frascos de vidro.

10.5.1.1.1 Observações

O procedimento descrito previamente é para cilindro de sedimentação ou proveta de 1 L. Também é possível trabalhar com 10,00 g de solo em proveta ou cilindro de 500 mL, mantendo-se a relação solo:solução (1:50) para a adequada dispersão.

Para determinados solos, a solução de hidróxido de sódio 1 mol L-1 poderá apresentar problemas na dispersão das argilas, podendo ser substituída por 25 mL de solução de hexametafosfato de sódio 0,058 mol L⁻¹ tamponada com carbonato de sódio 0,075 mol L⁻¹ ou 25 mL da solução de hexametafosfato de sódio 0,038 mol L-1 + hidróxido de sódio 0,1 mol L-1.

Os frascos ou outros recipientes para agitação horizontal reciprocante devem ter aproximadamente as seguintes dimensões: 13,5 cm de comprimento e 7,5 cm de diâmetro.

Na coleta da suspensão via pipeta, utilizar auxiliar de pipetagem, preferencialmente automático. Também é importante o uso de EPIs, em especial de óculos de proteção.

Esse procedimento é adequado para a maioria dos solos, exceto para solos salinos, calcários e orgânicos.

Para solos muito intemperizados, como Latossolos, Nitossolos e Argissolos, Gleissolos e Neossolos Quatzarênicos e Neossolos Flúvicos, utilizar hidróxido de sódio 1 mol L⁻¹ como dispersante. Caso esses solos apresentem elevados teores de cálcio, magnésio e potássio, utilizar a mistura hexametafosfato de sódio + hidróxido de sódio. Para solos salinos, solos sódicos, solos carbonáticos e solos com argila de atividade alta (2:1), como Luvissolo, Chernossolos e Vertissolos, utilizar solução de hexametafosfato de sódio 0,058 mol L⁻¹ tamponada com carbonato de sódio 0,075 mol L⁻¹ como dispersante.

10.5.1.2 Separação de areia

Montar sobre um funil a peneira de malha 0,053 mm, apoiada em um suporte. Colocar o conjunto funil e peneira sobre a proveta ou cilindro de sedimentação.

Retirar a garrafa do agitador e transferir a amostra da garrafa para a peneira. Lavar a garrafa e a rolha com água deionizada para transferir todo o conteúdo. Deve-se tomar cuidado para evitar que respingos provoquem perda de material.

Lavar todo o material retido com água deionizada, sob uma pressão frequente e uniforme de uma coluna de água não maior que 10 kPa, para se obter uma lavagem eficiente e rápida, não deixando ultrapassar o volume final de 1 L no cilindro.

Completar o volume do cilindro de sedimentação até a marca de 1 L com água deionizada.

Retirar a areia retida na peneira e transferir para uma lata seca e limpa, previamente tarada e identificada. Eliminar o excesso da água e levar para secagem em estufa a 105 °C, por 24 horas.

Retirar a amostra seca da estufa, deixar esfriar em dessecador e pesar em balança semianalítica.

10.5.1.3 Determinação de Areia Fina e de Areia Grossa

Considerar o valor do peso da areia total (areia grossa + areia fina) (item 10.5.1.2).

Caso se deseje a separação da areia total em areia grossa e areia fina, transferir a areia total obtida no passo anterior para uma outra peneira de malha 0,212 mm, com o fundo (ou bandeja) já conectado.

Proceder o peneiramento do material, de forma a separar a areia grossa, que ficará retida na peneira, da areia fina, que será recolhida no fundo ou bandeja.

Transferir a areia fina que passou pela peneira para a mesma lata que foi usada anteriormente e pesar em balança analítica com precisão de 0,01 g.

10.5.1.4 Determinação de Silte e de Argila

10.5.1.4.1 Método da Pipeta

Preparar uma prova controle (todos os reagentes exceto o solo). Adicionar 10 mL da solução de hidróxido de sódio 1 mol L-1 (ou de outra solução dispersante) à proveta ou cilindro de sedimentação e completar até a marca de 1 L com água deionizada. Proceder a coleta de 25 mL da solução via pipeta. Transferir a alíquota para béquer seco, limpo e previamente tarado. Levar o béquer para secagem em estufa a 105 °C, por 24 horas.

Medir a temperatura da suspensão e da prova controle com um termômetro.

Agitar a suspensão de cada amostra nos cilindros de sedimentação, inclusive da prova controle, utilizando-se do bastão com a tampa de borracha ou agitador magnético. Lavar o agitador antes de trocar de amostra. Recomenda-se uma agitação vigorosa por 1 minuto, sendo que pode ser feita agitação mecânica, se disponível.

Pipetar imediatamente 25 mL da suspensão de silte + argila. Transferir para um béquer seco, limpo e previamente tarado e identificado. Levá-lo para secagem em estufa a 105 °C, por 24 horas.

Aguardar o tempo de sedimentação da fração silte, conforme a Tabela 1, ou o resultado do cálculo pela equação de Stokes mostrado na Figura 1 com o valor medido de densidade de partícula (item 10.5.1.6), após a agitação da primeira amostra.

Passado o tempo de sedimentação da fração silte, inserir a pipeta a 5 cm de profundidade e pipetar 25 mL da suspensão de argila. Transferir a alíquota para um béquer seco, limpo e previamente tarado. Levar o béquer para secagem em estufa a 105 °C, por 24 horas.

Retirar os béqueres contendo os resíduos dos pipetados secos da estufa, deixar esfriar em dessecador e pesar em balança com precisão de 0,001 g.

Tratar e dispor dos resíduos gerados conforme o procedimento padrão de tratamento de efluentes e resíduos.

10.5.1.4.2 Método do Densímetro

Os procedimentos de preparo e dispersão são idênticos ao método da pipeta, com a diferença de se utilizar 50,00 g de amostra, com 250 mL de água e 10 mL de solução de hidróxido de sódio 1 mol L-1 ou 100 mL de hexametafosfato de sódio tamponada com carbonato de sódio, ou 100 mL de hexametafosfato de sódio 0,038 mol L-1 + hidróxido de sódio 0,1 mol L-1, conforme os pré-testes e as informações complementares indicarem. A quantificação das areias também é idêntica.

Preparar uma prova controle (todos os reagentes exceto o solo). Colocar 10 mL da solução de hidróxido de sódio 1 mol L-1 (ou outra solução dispersante) na proveta ou cilindro de sedimentação e completar até a marca de 1 L com água deionizada.

Após separação da fração areia de cada amostra (item 10.5.1.2), completar o volume da proveta ou cilindro de sedimentação até a marca de 1 L com água deionizada.

Agitar a suspensão de cada amostra, inclusive da prova controle, utilizando-se do bastão com a tampa plástica ou de borracha, ou ainda agitador magnético. Lavar o agitador antes de trocar de amostra. Recomenda-se uma agitação vigorosa por 1 minuto.

Ao finalizar a agitação, introduzir imediata e cuidadosamente o densímetro na suspensão e fazer a leitura da concentração de silte + argila.

Após uma hora e meia de sedimentação, transferir o volume de suspensão de 5 cm (após o traço de aferição) para copo plástico de 300 mL. Isso pode ser feito por sifonamento, pela torneira do cilindro de sedimentação ou pelo tubo plástico do cilindro de sedimentação.

Transferir para proveta de 250 mL e agitar. Introduzir o densímetro e efetuar a leitura com aproximação de 1 g L-1. Se houver dificuldade de leitura do densímetro, como bolhas geradas durante o processo de agitação, colocar álcool etílico, duas a três gotas, junto à sua haste.

Proceder à leitura do controle e anotar.

10.5.1.4.2.1 Observações

Esse procedimento foi padronizado para solos de granulometria média a argilosa. Os solos muito argilosos ou arenosos devem ser analisados pelo método da pipeta.

Para temperaturas diferentes de 22 °C, deve-se fazer a correção nos cálculos conforme Tabela 2 (item 10.5.1.6).

No caso de se utilizar a proveta, deve-se coletar 250 mL da suspensão. Para tanto, deve-se rever a profundidade e o tempo, de acordo com a lei de Stokes.

10.5.1.5 Cálculos

10.5.1.5.1 Método da Pipeta

10.5.1.5.1.1 Somatório da massa das frações

Em que:

Sm – somatório das massas das frações, em g.

maf – massa de areia fina, em g.

mat – massa de areia total, em g.

msa – massa de silte + argila, seca em estufa, em g.

mar – massa de argila, seca em estufa, em g.

mbr – massa do controle, seca em estufa, em g.

mi – massa inicial da amostra, em g.

Rv – razão do volume pipetado para o volume total da proveta.

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

10.5.1.5.1.2 Concentração de areia fina

Em que:

Taf – concentração de areia fina, em g kg-1.

mi – massa inicial da amostra, em g.

maf – massa de areia fina, em g.

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

Sm – somatório das massas das frações, em g (item 10.5.1.5.1.1).

10.5.1.5.1.3 Concentração de areia grossa

Em que:

Tag – concentração de areia grossa, em g kg-1.

mi – massa inicial da amostra, em g.

mat – massa de areia total, em g.

maf – massa de areia fina, em g.

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

Sm – somatório das massas das frações, em g (item 10.5.1.5.1.1).

10.5.1.5.1.4 Concentração de silte

Em que:

Ts – concentração de silte, em g kg-1.

mi – massa inicial da amostra, em g.

msa – massa de silte + argila, seca em estufa, em g.

mar – massa de argila, seca em estufa, em g.

Rv – razão do volume pipetado para o volume total da proveta.

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

Sm – somatório das massas das frações, em g (item 10.5.1.5.1.1).

10.5.1.5.1.5 Concentração de argila

Em que:

Targ– concentração de argila, em g kg-1.

mi – massa inicial da amostra, em g.

mar – massa de argila, seca em estufa, em g.

mbr – massa do branco, seca em estufa, em g.

Rv – razão do volume pipetado para o volume total da proveta descontado o volume retirado na primeira pipetagem.

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

Sm – somatório das massas das frações, em g (item 10.5.1.5.1.1).

10.5.1.5.2 Método do Densímetro

10.5.1.5.2.1 Somatório da massa das frações

Em que:

Sm – somatório das massas das frações, em g.

maf – massa de areia fina, em g.

mat – massa de areia total, em g.

mi – massa inicial da amostra, em g.

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

Ld(s+a) – leitura do densímetro na suspensão de silte + argila, em g L-1.

Ld(a) – leitura do densímetro na suspensão de argila, em g L-1.

Ld(b) – leitura do densímetro na suspensão do branco, em g L-1.

10.5.1.5.2.2 Concentração de areia fina

Em que:

Taf – concentração de areia fina, em g kg-1.

mi – massa inicial da amostra, em g.

maf – massa de areia fina, em g.

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

Sm – somatório das massas das frações, em g (item 10.5.1.5.2.1).

10.5.1.5.2.3 Concentração de areia grossa

Em que:

Tag – concentração de areia grossa, em g kg-1.

mi – massa inicial da amostra, em g.

mat – massa de areia total, em g.

maf – massa de areia fina, em g.

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

Sm – somatório das massas das frações, em g (item 10.5.1.5.2.1).

10.5.1.5.2.4 Concentração de silte

Em que:

Ts – concentração de silte, em g kg-1.

Ld(s+a) – leitura do densímetro na suspensão de silte + argila, em g L-1.

Ld(a) – leitura do densímetro na suspensão de argila, em g L-1.

CT – correção da temperatura (Tabela 2).

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

Sm – somatório das massas das frações, em g (item 10.5.1.5.2.1).

10.5.1.5.2.5 Concentração de argila

Em que:

Targ – concentração de argila, em g kg-1.

Ld(a) – leitura do densímetro na suspensão de argila, em g L-1.

Ld(b) – leitura do densímetro no branco, em g L-1.

CT – correção da temperatura (Tabela 2).

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

Sm – somatório das massas das frações, em g (item 10.5.1.5.2.1).

10.5.1.5.2.6 Relação Silte/argila

Obtida da determinação da análise granulométrica. É utilizada como indicativo do grau de intemperismo do solo e permite também avaliar se há movimentação de argila no perfil.

Em que:

RS/A – relação silte/argila.

TS – concentração de silte, em g kg-1 (item 10.5.1.5).

TA – concentração de argila, em g kg-1 (item 10.5.1.5).

10.5.1.6 Anexos

Tabela 1. Tempo de sedimentação calculado para a fração silte (0,002 mm < Ø < 0,05 mm) em função da temperatura da suspensão para a profundidade de 5 cm e para solos com densidade de partículas média de 2,65 kg dm-3, em determinação efetuada ao nível do mar.

Temperatura

Tempo de sedimentação a 5 cm

°C

h

min

15

4

23

16

4

16

17

4

10

18

4

4

19

3

58

20

3

52

21

3

46

22

3

41

23

3

36

24

3

31

25

3

26

26

3

21

27

3

17

28

3

13

29

3

9

30

3

5

Fonte: Almeida et al. (2012)

Tabela 2. Correção de temperatura para o método do densímetro.

Temperatura (ºC)

Fator de correção

16,0

-1,44

16,5

-1,26

17,0

-1,08

17,5

-0,90

18,0

-0,72

18,5

-0,54

19,0

-0,36

19,5

-0,18

20,0

0,00

20,5

0,18

21,0

0,36

21,5

0,54

22,0

0,72

22,5

0,90

23,0

1,08

23,5

1,26

24,0

1,44

24,5

1,62

25,0

1,80

25,5

1,98

26,0

2,16

26,5

2,34

27,0

2,52

27,5

2,70

28,0

2,88

28,5

3,06

29,0

3,24

29,5

3,42

30,0

3,60

Figura 1. Tempo de sedimentação da fração silte (0,002 mm < Ø < 0,05 mm) em função da temperatura da suspensão e da densidade de partículas (valores indicados ao lado ou sobre as curvas do gráfico).

10.5.2 Solos Carbonáticos

Colocar 50,00 g de solo em cápsula de porcelana e adicionar solução de ácido clorídrico diluído 1:10, agitando a amostra com bastão de vidro.

Suspender a adição do ácido quando já não se observar a efervescência. Cobrir com vidro de relógio e deixar em repouso por 12 horas.

Adicionar mais um pouco do ácido e verificar a ausência de efervescência.

Transferir a amostra para funil de vidro contendo papel de filtro.

Lavar a amostra com água até que uma pequena porção do filtrado não apresente reação de cloretos pelo nitrato de prata.

Colocar o papel de filtro com a amostra numa bandeja para secar ao ar.

Homogeneizar a amostra (destorroar e passar em peneira com malha de 2 mm) e, em seguida, pesar a quantidade necessária para a análise granulométrica.

Usar como dispersante 25 mL de solução de hexametafosfato de sódio 1 mol L-1 tamponada com carbonato de sódio, ou 25 mL da solução de hexametafosfato de sódio 0,038 mol L-1 + hidróxido de sódio 0,1 mol L-1.

10.5.3 Solos Carbonáticos e com sais solúveis

Proceder da mesma forma indicada para solos calcários, aplicando o tratamento prévio na amostra conforme descrito no item 10.5.2.

10.5.4 Solos salinos

Proceder da mesma forma indicada para solos “normais” (item 10.5.1), empregando-se o hexametafosfato de sódio.

10.5.4.1 Observações

No caso de a quantidade e a natureza dos sais prejudicarem a ação do dispersante, efetuar o tratamento prévio da amostra conforme indicado a seguir:

Colocar 50,00 g de solo em funil de vidro contendo papel de filtro e adicionar álcool etílico a 60%, só colocando nova quantidade depois de esgotada a anterior.

Continuar a lavagem até que uma pequena porção do filtrado não apresente reação de cloretos pelo nitrato de prata.

Colocar o papel de filtro com a amostra e deixar secar ao ar.

Homogeneizar a amostra (destorroar e passar em peneira com malha de 2 mm) e depois pesar a quantidade necessária para a análise granulométrica.

10.5.5 Solos ricos em matéria orgânica (concentração > 5%)

Empregar o mesmo método indicado para solos normais, utilizando-se como dispersante solução de hidróxido de sódio. Entretanto, previamente submeter a amostra ao pré-tratamento com peróxido de hidrogênio, conforme descrito a seguir:

Colocar 50,00 g de solo em cápsula de porcelana, adicionar um pouco de água e porções sucessivas de água oxigenada a 30 volumes (5 a 10 mL).

Agitar com bastão de vidro e verificar a reação efervescente.

Suspender a adição da água oxigenada, cobrir a cápsula com vidro de relógio e deixar em repouso durante uma noite.

Repetir a operação até o total desaparecimento de reação.

Colocar a cápsula para secar em estufa a 50 ºC – 60 ºC e depois adicionar 5 mL de água oxigenada (30%).

Passar a amostra para funil de vidro contendo papel de filtro e lavar várias vezes com água (três a cinco vezes).

Secar a amostra ao ar, homogeneizar (destorroar e passar em peneira com malha de 2 mm) e pesar a quantidade necessária para a análise granulométrica.

10.6 Cálculo

Calcular os valores das frações de acordo com as expressões descritas no item 10.5.1.5, conforme o procedimento (pipeta ou densímetro) utilizado. Calcular o tempo de sedimentação da fração silte, em suspensão aquosa, para uma profundidade de 5 cm, a diversas temperaturas, de acordo com Tabela 1 (item 10.5.1.6).

10.7 Observação

O laudo deve conter o dispersante utilizado, o tempo e tipo de agitador usado e o método de quantificação das frações finas. Os resultados podem ser expressos em g g-1, g kg-1 ou dag kg-1 (%).

10.8 Literatura recomendada

ALMEIDA, B. G. de; DONAGEMMA, G. K.; RUIZ, H. A.; BRAIDA, J. A.; VIANA, J. H. M.; REICHERT, J. M. M.; OLIVEIRA, L. B.; CEDDIA, M. B.; WADT, P. S.; FERNANDES, R. B. A.; PASSOS, R. R.; DECHEN, S. C. F.; KLEIN, V. A.; TEIXEIRA, W.G. Padronização de métodos para análise granulométrica no Brasil. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2012. 11 p. (Embrapa Solos. Comunicado técnico, 66).

BOYOUCOS, G. J. The hydrometer as a new method for the mechanical analysis of soils. Soil Science, v. 23, n. 5, p. 343-354, 1927.

CAMARGO, O. A.; MONIZ, A. C.; JORGE, J. A.; VALADARES, J. M. A. S. Métodos de análise química, mineralógica e física de solos do Instituto Agronômico de Campinas. Campinas: Instituto Agronômico de Campinas, 2009. 77 p. (IAC. Boletim técnico, 106).

CURI, N.; LARACH, J. O. I.; KÄMPF, N.; MONIZ, A. C.; FONTES, L. E. F. Vocabulário de ciência do solo. Campinas: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1993. 89 p.

GAVLAK, R.; HORNECK, D.; MILLER, R. O.; KOTUBY-AMACHER, J. Soil, plant and water reference methods for the western region. 2nd ed. Logan: Utah State University, 2003. 199 p.

GEE, G. W.; OR, D. Particle size analysis. In: DANE, J. H.; TOPP, G. C. (Ed.). Methods of soil analysis: part 4: physical methods. Madison: Soil Science Society of America, 2002. p. 255-293.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RUIZ, H. A. Incremento da exatidão da análise granulométrica do solo por meio da coleta da suspensão (silte + argila). Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 29, n. 2, p. 297-300, 2005.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

VETTORI, L.; PIERANTONI, H. Análise granulométrica: novo método para determinar a fração de argila. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1968. 8 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 3).

— Capítulo 11 —
ARGILA DISPERSA EM ÁGUA E GRAU DE FLOCULAÇÃO

Guilherme Kangussu Donagemma

João Herbert Moreira Viana

11.1 Introdução

A avaliação da argila dispersa em água (ADA) é utilizada comumente para estudos relacionados à agregação e à erosão, e mais recentemente como indicador de qualidade de solo. Por meio da argila dispersa em água, pode-se calcular o grau de floculação (GF). A argila dispersa em água varia com alguns fatores como a mineralogia da fração argila, a textura do solo e o uso e manejo do solo.

11.2 Princípio

Dispersão mecânica lenta em água, seguida da separação da fração argila por sedimentação do silte. Medição da fração argila por meio de pesagem e secagem em estufa (método padrão), ou da densidade da suspensão.

11.3 Material e Equipamentos

Pipeta graduada de 25 mL.

Balde de plástico de 25 L.

Espátula.

Béquer de plástico de 250 mL.

Béquer de 500 mL.

Béquer de 50 mL.

Lata de alumínio com tampa com capacidade de 200 mL.

Proveta de 250 mL, 100 mL e 50 mL.

Bastão de vidro.

Pisseta.

Bastão para agitação com uma tampa de borracha contendo vários furos e de diâmetro um pouco menor do que o cilindro ou proveta.

Funil.

Suporte para funil.

Cilindro de sedimentação de 1.000 mL (Koettgen ou similar).

Termômetro.

Agitador rotativo tipo Wagner ou agitador reciprocante.

Agitador magnético.

Balança com precisão de 0,001 g.

Estufa com circulação forçada.

Peneira com diâmetro de 20 cm, malha de 2,0 mm.

Peneira com diâmetro de 20 cm, malha de 0,053 mm.

Fundo para Jogo de peneiras diâmetro de 20 cm.

Quarteador.

Dessecador de vidro com sílica gel anidra.

Densímetro ASTM n° 1 Tipo 152H - com escala Bouyoucos em g L-1.

11.4 Reagentes e Soluções

Água deionizada.

Fenolftaleína.

11.5 Argila dispersa em água

11.5.1 Procedimento

11.5.1.1 Dispersão das amostras

Proceder à medição da umidade residual do solo, para cálculo da correção de umidade (fator f), conforme item 3.5.

Pesar 20,000 g de amostra de solo (TFSA) em um béquer de 50 mL, em balança analítica com incremento e repetitibilidade de 0,001 g. Obs.: pode-se trabalhar com 10,000 g de solo em proveta de 500 mL, mantida a relação solo:solução (1:50), para adequada dispersão.

Transferir a amostra para a garrafa do agitador, por meio de funil.

Adicionar 300 mL de água deionizada, lavando-se o funil usado para a transferência da amostra. Obs.: no caso de solos salinos ou solos sódicos, utilizar água com condutividade elétrica semelhante à do extrato da pasta de saturação desses solos.

Montar a(s) garrafa(s) no agitador tipo Wagner, após tampá-la(s) com a rolha de borracha. Apertar, acionar o agitador e proceder à agitação por 16 horas a 5 rpm. Alternativamente, montar o(s) frascos(s) no agitador horizontal reciprocante, tampá-los com tampa de alumínio e agitar por 16 horas, a 150 ciclos por minuto. Os frascos de vidro para o agitador reciprocante devem ter as seguintes dimensões: 13,5 cm de comprimento e 7,5 cm de diâmetro.

Decorrido o tempo, desligar o agitador e retirar as garrafas ou frascos de vidro.

11.5.1.2 Determinação

11.5.1.2.1 Método da Pipeta

Agitar a suspensão de cada amostra nos cilindros de sedimentação, inclusive da prova em branco, utilizando-se do bastão com a tampa de borracha, ou o agitador magnético. Lavá-lo ao trocar de amostra. Recomenda-se uma agitação vigorosa por 1 minuto, sendo recomendável o uso de agitação mecânica, se disponível.

Aguardar o tempo de sedimentação, conforme Tabela 1 (item 10.5.1.6) ou o resultado do cálculo pela equação de Stokes com o valor medido de densidade de partícula (Figura 1 – item 10.5.1.6), após a agitação da primeira amostra.

Pipetar 25 mL da suspensão de argila, transferir para um béquer seco de 50 mL, limpo e previamente tarado e identificado. Levá-lo para secagem na estufa a 105 °C, por 24 horas.

Retirar as amostras da estufa, deixar esfriar em dessecador e pesar em balança analítica.

11.5.1.2.2 Método do Densímetro

Os procedimentos de preparo e dispersão são idênticos ao método da pipeta (item 11.5.2.1), com a diferença de se utilizar 50 g de solo.

Preparar a prova em branco (todos os reagentes exceto o solo). Colocar água deionizada até a marca de 1 L.

Agitar a suspensão de cada amostra, inclusive da prova em branco, utilizando-se do bastão com a tampa de borracha, ou o agitador magnético. Lavá-lo ao trocar de amostra. Recomenda-se agitação vigorosa por 1 minuto.

Após uma hora e meia de sedimentação, transferir o volume de suspensão coletada a 5 cm de profundidade (após o traço de aferição) para copo plástico de 300 mL. Isso pode ser feito por sifonamento, pela torneira do cilindro de sedimentação ou pelo tubo plástico do cilindro de sedimentação.

Passar o material sifonado para proveta de 250 mL e agitar. Introduzir o densímetro e efetuar a leitura com aproximação de 0,25. Se houver dificuldade de leitura do densímetro, colocar de duas a três gotas de fenolftaleína junto à haste deste.

Proceder à leitura do branco e anotar.

Para temperaturas diferentes de 22 °C, deve-se fazer a correção nos cálculos conforme Tabela 2 (item 10.5.1.6).

Obs.: esse procedimento foi padronizado para solos de granulometria média a argilosa. Os solos muito argilosos ou arenosos devem ser analisados pelo método da pipeta.

11.5.2 Cálculos

11.5.2.1 Método da Pipeta

Em que:

Targ – concentração de argila dispersa em água, em g kg-1.

mi – massa inicial da amostra, em g.

mar – massa de argila, seca em estufa, em g.

mb – massa da prova em branco, seca em estufa, em g.

Rv – razão do volume pipetado para o volume total da proveta descontado o volume retirado na primeira pipetagem.

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

11.5.2.2 Método do densímetro

Em que:

Targ – concentração de argila dispersa em água, em g kg-1.

Ld(a) – leitura do densímetro na suspensão de argila, em g L-1.

Ld(b) – leitura do densímetro na suspensão do branco, em g L-1.

CT – correção da temperatura (vide Tabela 2 - item 10.5.1.6).

f – fator de correção de umidade para a massa inicial (item 3.5).

11.5.3 Observações

O laudo deve conter o dispersante utilizado, o tempo e tipo de agitador usado e o método de quantificação das frações finas. Os resultados podem ser expressos em g g-1, g kg-1 ou dag kg-1 (%). No entanto, a expressão em dag kg-1 é mais adequada, pois o método apresenta precisão e reprodutibilidade reportada na faixa de 5% em peso.

11.6 Grau de floculação

11.6.1 Princípio

Relação entre a argila naturalmente dispersa e a argila total, obtida após dispersão. Indica a proporção da fração argila que se encontra floculada, informando sobre o grau de estabilidade dos agregados.

11.6.2 Cálculo

Em que:

Gflo – grau de floculação, em dag kg-1 (%).

a – concentração de argila total, em g kg-1 (item 10.5.1.5).

b – concentração de argila dispersa em água, em g kg-1 (item 11.5).

11.7 Literatura recomendada

ALMEIDA, B. G. de; DONAGEMMA, G. K.; RUIZ, H. A.; BRAIDA, J. A.; VIANA, J. H. M.; REICHERT, J. M. M.; OLIVEIRA, L. B.; CEDDIA, M. B.; WADT, P. S.; FERNANDES, R. B. A.; PASSOS, R. R.; DECHEN, S. C. F.; KLEIN, V. A.; TEIXEIRA, W.G. Padronização de métodos para análise granulométrica no Brasil. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2012. 11 p. (Embrapa Solos. Comunicado técnico, 66).

BOYOUCOS, G. J. The hydrometer as a new method for the mechanical analysis of soils. Soil Science, v. 23, n. 5, p. 343-354, 1927.

CAMARGO, O. A.; MONIZ, A. C.; JORGE, J. A.; VALADARES, J. M. A. S. Métodos de análise química, mineralógica e física de solos do Instituto Agronômico de Campinas. Campinas: Instituto Agronômico de Campinas, 2009. 77 p. (IAC. Boletim técnico, 106).

CURI, N.; LARACH, J. O. I.; KÄMPF, N.; MONIZ, A. C.; FONTES, L. E. F. Vocabulário de ciência do solo. Campinas: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1993. 89 p.

FREITAS, R. de C. A. de. Argila dispersa em água determinada por agitação rápida, lenta e ultrasom. 2011. 63 f. Dissertação (Mestrado em Solos e Nutrição de Plantas) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG.

PAES, J. L. A.; RUIZ, H. A.; FERNANDES, R. B. A.; FREIRE, M. B. G. S.; BARROS, M. F. C.; ROCHA, G. C. Dispersão de argilas em solos afetados por sais. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 17, n. 11, p. 1135-1142, 2013.

VETTORI, L.; PIERANTONI, H. Análise granulométrica: novo método para determinar a fração de argila. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1968. 8 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 3).

— Capítulo 12 —
CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA

Wenceslau Geraldes Teixeira

João Herbert Moreira Viana

Guilherme Kangussu Donagemma

12.1 Introdução

Esse procedimento visa estabelecer a condutividade hidráulica, ou seja, a relação entre a carga e a velocidade com que a água se movimenta através do solo, em ensaio de laboratório com amostra indeformada.

12.2 Princípio

A condutividade é estimada a partir da percolação da água por uma amostra indeformada e saturada contida em um cilindro sobre a qual é aplicada uma carga de água constante. A água percolada é recolhida, e seu volume, medido. Faz-se então a relação do volume percolado pela área da seção transversal da amostra. A medida quantitativa da condutividade hidráulica é obtida por meio da aplicação da equação de Darcy após um período de avaliação de uma a duas horas; caso ainda ocorra variações, continuar as avaliações até quando os valores forem constantes.

12.3 Material e Equipamentos

Permeâmetro (Figura 1).

Cilindros metálicos.

Tecido tipo morim.

Cuba com água.

Béquer de 500 mL.

Pisseta.

Proveta graduada de 20 mL.

12.4 Procedimento

Utilizar amostras indeformadas coletadas em cilindros metálicos.

Colocar na extremidade inferior do cilindro um pedaço de tecido tipo morim retido por liga de borracha. Colocar na parte superior do cilindro um outro de igual diâmetro e espessura de 2 cm de altura. Ajustar e fixar com fita adesiva impermeável.

Colocar o conjunto em cuba contendo água até a saturação do solo. Transferir o conjunto para o suporte do permeâmetro. O percolado deve ser coletado em béquer de 500 mL.

Colocar os cilindros sobre as telas, nivelar o tubo do reservatório, de modo que a parte inferior fique em nível com a parte superior do anel, para manter a carga hidráulica de 2 cm de altura.

Com o auxílio de uma pisseta, colocar água cuidadosamente.

No primeiro cilindro, retirar a rolha manualmente, evitando entrada de ar no sistema.

Observar e anotar o momento do início da percolação de cada cilindro.

Medir com proveta o volume percolado após 10, 20, 30, 40 50 e 60 minutos. Continuar as avaliações após este período se o coeficiente de variação das três ultimas amostras for maior que 20%.

Anotar o volume percolado.

12.5 Cálculo

Em que:

K – condutividade hidráulica, em cm h-1.

Q – volume do percolado, em mL, ou seja, o valor da última leitura quando não há variação entre os valores anteriores, ou a média das duas leituras quando há alguma variação.

L – altura do bloco do solo, em cm.

H – altura do bloco do solo e da coluna de água, em cm.

A – área do cilindro, em cm2.

t – tempo de percolação, em horas. Obs.: Transformar as leituras feitas em minutos para horas.

12.6 Literatura recomendada

FERNANDES, B.; GALLOWAY, H. M.; BRONSON, R. D.; MANNERING, J. V. Condutividade hidráulica do solo saturado, em três sistemas de manejo. Ceres, v. 30, p. 232-241, 1983.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

12.7 Anexo

Figura 1. Diagrama do permeâmetro de carga constante.

— Capítulo 13 —
AGREGAÇÃO DO SOLO E ESTABILIDADE DE AGREGADOS

Júlio Cesar Salton

William Marra Silva

Michely Tomazi

Luís Carlos Hernani

13.1 Introdução

O entendimento da multifuncionalidade do solo e do relevante papel desse recurso para a biosfera, atmosfera e hidrosfera, passa pelo adequado conhecimento dos processos que governam o arranjo das suas partículas em agregados. A contínua interação entre os componentes minerais e orgânicos determina a organização e arranjo das partículas e define, num dado momento, a estrutura do solo, a qual pode sintetizar a sua qualidade física.

Na avaliação da agregação do solo, deve-se levar em conta que esse atributo pode ser extremamente variável no tempo, em função, principalmente, das práticas de manejo utilizadas.

O método padrão (Yoder, 1936) e as alterações propostas por Grohmann (1960), que avaliam a estabilidade de agregados, excluem da amostra agregados > 4 mm e < 2 mm os quais podem ser fundamentais na estruturação do solo e no desempenho de suas funções. Nesse caso, a determinação resulta em informações sobre a estabilidade de determinados agregados (classe de tamanho entre 2 e 4 mm) e não sobre a qualidade estrutural do solo como um todo.

O presente método visa avaliar a agregação do solo, a partir de amostras não deformadas obtidas por meio de monolitos de 10x10x10 cm; permite o conhecimento das classes de agregados de diferentes tamanhos e define as variáveis: diâmetro médio ponderado determinado por via seca (DMPs), diâmetro médio ponderado determinado por via úmida (DMPu) e o Índice de Estabilidade dos Agregados (IEA). Utiliza-se como base o método descrito por Kemper e Chepil (1965), com alterações propostas por Carpenedo e Mielniczuk (1990) e por Silva e Mielniczuk (1997).

13.2 Princípio

Quantificação do volume de solo em classes de tamanho de agregados de amostras naturais de solo, por peneiramento via seca, e após a exposição da amostra ao fluxo turbulento de água, em peneiramento por via úmida, em aparato desenvolvido para esse fim. A medição das frações separadas em cada peneira é feita por meio de pesagem.

13.3 Material e Equipamentos

Peneira de 9,52 mm de abertura de malha.

Bandeja de papelão.

Conjunto de peneiras (4,76 mm; 2,00 mm; 1,00 mm; 0,50 mm; 0,25 mm; 0,105 mm e 0,053 mm de abertura de malha).

Latas para pesagem e secagem em estufa.

Papel filtro.

Recipientes de lata.

Quarteador (Figura 1).

Agitador mecânico vibratório (Figura 2).

Balança analítica.

Equipamento para tamizagem via úmida.

Estufa para secagem a 105 °C.

13.4 Reagentes e soluções

Solução de NaOH 1,0 mol L-1 – pesar 40 g de NaOH sólido e transferir para balão volumétrico de 1 L. Dissolver e completar o volume com água destilada ou deionizada.

13.5 Preparo das amostras

13.5.1 Procedimento

Os blocos de solo oriundos do campo, para serem manuseados, devem estar friáveis; caso não estejam nessa situação, secar à sombra ou adicionar água com borrifador até que a amostra atinja o ponto de friabilidade.

A partir do bloco coletado no campo, fragmentar, manualmente, os agregados maiores, observando-se os pontos de fraqueza, para que toda a amostra seja fracionada e transpasse a peneira de 9,52 mm de abertura de malha. Excluir da amostra as extremidades do monolito (alisadas pelas ferramentas na coleta), fragmentos de plantas, pedras, cascalhos e, ou resíduos retidos na peneira de 9,52 mm.

Secar ao ar todo o material em bandeja de papelão e retornar o volume para recipiente plástico, onde será armazenado até o próximo procedimento.

13.6 Diâmetro médio ponderado – via seca

13.6.1 Princípio

A quantidade e distribuição proporcional dos agregados nas diferentes classes de tamanho são avaliadas submetendo-se a amostra à vibração vertical de um conjunto de peneiras, medindo-se a massa de agregados retidos nas diferentes peneiras.

13.6.2 Procedimento

Para obtenção de subamostra representativa, subdividir o volume total da amostra, com auxílio de um quarteador, em operações repetidas, até que se obtenha uma subamostra de aproximadamente 50 g.

A subamostra é distribuída homogeneamente sobre a peneira superior de um conjunto de peneiras com aberturas de 4,76 mm, 2,00 mm, 1,00 mm; 0,50 mm; 0,25 mm; 0,105 mm e 0,053 mm, mais o fundo de peneira, e é submetida a um agitador mecânico vibratório, durante 1 minuto com potência de 30%.

Transferir o conteúdo retido em cada peneira para recipientes ou latas de massa conhecida. Determinar a massa e o percentual dos agregados retidos em cada peneira e calcular o Diâmetro Médio Ponderado via seca (DMPs).

13.7 Diâmetro médio ponderado – via úmida

13.7.1 Princípio

A amostra de solo previamente submetida ao peneiramento via seco é reconstituída, umedecida e submetida ao peneiramento por via úmida, o que causa a fragmentação dos agregados menos estáveis. A medição das frações retidas em cada peneira é feita por meio de pesagem após secagem em estufa. Dessas frações, são descontadas as partículas simples, obtendo-se finalmente a massa seca dos agregados estáveis em água.

13.7.2 Procedimento

A subamostra contendo agregados e terra solta, reconstituída após peneiramento via seca, é colocada em um funil de papel filtro, o qual é inserido em recipiente contendo lâmina d’água suficiente para o umedecimento por capilaridade (Figura 3).

Após 16 horas, transferir a subamostra cuidadosamente para um conjunto de peneiras com aberturas de 4,76 mm; 2,00 mm; 1,00 mm; 0,50 mm; 0,25 mm, acopladas a um agitador com oscilação vertical, as quais são inseridas em baldes contendo água, verificando-se para que a lâmina de água alcance aproximadamente a metade da altura da peneira superior, quando, em oscilação, o conjunto de peneiras estiver no nível mais baixo no equipamento agitador.

Depositar a subamostra distribuindo-a homogeneamente em toda a superfície da peneira superior e agitar o conjunto de peneiras durante 15 minutos, a 42 oscilações por minuto.

Retirar o conjunto de peneiras cuidadosamente do balde.

A água que ficou no balde, com agregados e partículas simples menores que 0,25 mm, deve ser vertida sobre o conjunto de peneiras, de abertura de 0,105 mm e 

0,053 mm que deve ser agitado manualmente em água por 15 vezes. Essa agitação em separado é utilizada, pois a malha destas duas últimas peneiras não permite o livre fluxo da água, entre as demais peneiras, durante o processo de agitação no equipamento.

Transferir o material retido em cada peneira, com auxílio de jatos de água, para latas, as quais são levadas à estufa a 105 °C, para secagem e determinação da massa seca de terra retida em cada peneira.

Havendo na amostra a presença de partículas minerais individuais (simples), a massa correspondente destas deverá ser descontada de cada respectiva classe de tamanho. Nesse caso, após a pesagem do material retido em cada peneira pela determinação via úmida, nas próprias latas em que foram secas, adicionar solução dispersante (solução de NaOH 1 mol L-1) em quantidade suficiente para encobrir o material e deixar repousar por 15 minutos.

Transferir todo o material para as respectivas peneiras e lavar com jatos de água corrente.

Após a lavagem, transferir o material residual de cada peneira para a lata e colocar para secagem em estufa a 105 °C. Determinar a massa seca das partículas individuais.

Descontar da massa dos agregados, a massa de partículas individuais de tamanho equivalente aos agregados da classe definida pela respectiva peneira; excluindo-se assim cascalhos e grãos de areia, obtendo-se apenas a massa de agregados correspondente a cada peneira; determinar o percentual de agregados retidos em cada peneira (classe) e calcular o Diâmetro Médio Ponderado, por via úmida (DMPu).

Outros detalhes sobre os procedimentos para amostragem e avaliação da agregação do solo a partir deste método podem ser encontrados em Salton et al. (2012).

13.8 Diâmetro médio ponderado e índice de estabilidade de agregados

13.8.1 Princípio

A estabilidade dos agregados do solo é avaliada a partir da resistência que os agregados apresentam quando submetidos à oscilação das peneiras em água. A estabilidade dos agregados da amostra global do solo é estimada mediante a relação entre o DMPu e o DMPs.

13.8.2 Cálculos

13.8.2.1 Diâmetro médio ponderado por via seca e úmida

São utilizados os valores obtidos nos respectivos peneiramentos a seco e úmido, deduzindo-se a massa relativa às partículas simples, quando houver.

Em que:

DMPs – diâmetro médio ponderado, por via seca, em mm.

DMPu – diâmetro médio ponderado, por via úmida, em mm.

wis – proporção de agregados em cada classe/peneira (i), por via seca, em %.

xis – diâmetro médio de cada classe, por via seca, em mm.

wiu – proporção de agregados em cada classe/peneira (i), por via úmida, em %.

xiu – diâmetro médio de cada classe, por via úmida, em mm.

13.8.2.2 Índice de estabilidade de agregados

Em que:

IEA – índice de estabilidade de agregados, em %.

DMPu – diâmetro médio ponderado por via úmida, em mm.

DMPs – diâmetro médio ponderado por via seca, em mm.

13.9 Referências

CARPENEDO, V.; MIELNICZUK, J. Estado de agregação e qualidade de agregados de Latossolos roxos, submetidos a diferentes sistemas de manejo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 14, n. 1, p. 99-105, 1990.

GROHMANN, F. Análise de agregados de solos. Bragantia, v. 19, n. 13, p. 201-213, 1960.

KEMPER, W. D.; CHEPIL, W. S. Size distribution of aggregation. In: BLACK, C. A.; EVANS, D. D; ESNMINGER, L. E.; CLARK, F. E. (Ed.). Methods of soil analysis: part 1: physical and mineralogical properties. Madison: American Society of Agronomy, 1965. p. 499-510.

SALTON, J. C.; SILVA, W. M.; TOMAZI, M.; HERNANI, L. C. Determinação da agregação do solo – metodologia em uso na Embrapa Agropecuária Oeste. Dourados: Embrapa Agropecuária Oeste, 2012. 8 p. (Embrapa Agropecuária Oeste. Comunicado técnico, 184).

SILVA, I. F.; MIELNICZUK, J. Ação do sistema radicular de planta na formação e estabilização de agregados do solo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 21, n. 1, p. 113-117, 1997.

YODER, R. E. A direct method of aggregate analysis of soils and a study of the physical nature of erosion losses. Journal of the American Society of Agronomy, v. 28, n. 5, p. 337-351, 1936.

13.10 Anexos

Figura 1. Quarteador tipo Jones utilizado para obtenção de subamostras homogêneas do solo.

Foto: Júlio Cesar Salton.

Figura 2. Detalhes do equipamento utilizado para realizar o peneiramento em água.

Fotos: Júlio Cesar Salton.

Figura 3. Detalhe do umedecimento das subamostras por capilaridade.

Foto: Júlio Cesar Salton.

— Capítulo 14 —
LIMITE DE LIQUIDEZ

Igor Rodrigues de Assis

14.1 Introdução

Os limites de consistência de um solo são determinados em ensaios de laboratórios e, entre eles, estão os limites de liquidez (LL) e plasticidade (LP).

O LL é o teor de água estabelecido empiricamente no limite em que o solo passa da condição de estado líquido para o de estado plástico, o qual pode ser obtido por dois métodos. O Método de Casagrande, usado por vários anos como base para a classificação e correlação de propriedades do solo ligadas à engenharia, apresenta efeitos dinâmicos e é mais susceptível a discrepâncias entre operadores. O Método do Cone de Penetração é essencialmente um teste estático de acordo com a força de cisalhamento do solo, apresentando, por isso, menor influência do operador.

14.2 Princípio

Determinação do teor de água de uma amostra de solo acima do qual há mudança da condição de estado líquido para o de estado plástico, utilizando-se a energia de resistência ao cisalhamento.

14.3 Método de Casagrande

14.3.1 Material e Equipamentos

Estufa.

Aparelho de Casagrande contendo todos os acessórios (Figura 1).

Cápsula de porcelana de aproximadamente 420 cm3.

Espátula de lâmina flexível.

Cinzel.

Balança com resolução de 0,01 g.

Latas de alumínio de 220 cm3.

14.3.2 Procedimento

O ensaio deve ser executado em condições ambientais que minimizem a perda de água do material por evaporação, preferencialmente em ambientes climatizados, próximos a 25 °C.

Tomar uma amostra de aproximadamente 150 g de solo seco passado em peneira de 0,42 mm [40 mesh] e colocar na cápsula de porcelana.

Adicionar água destilada em quantidade suficiente até formar uma massa homogênea com o auxílio de uma espátula de lâmina flexível. Essa é a fase crítica da análise. A massa deve ser muito bem misturada para se conseguir a homogeneidade.

Colocar aproximadamente 30 g dessa massa na cápsula metálica do aparelho de Casagrande, de modo que ocupe 2/3 do volume inferior da cápsula e que a parte central tenha aproximadamente 1 cm de espessura.

Dividir a massa de solo da cápsula metálica em duas partes, passando o cinzel através dela, de maneira a abrir uma ranhura com espessura de 2 mm e altura entre 8 mm e 10 mm, em sua parte central (ver Figura 2a).

Zerar o contador de pancadas do aparelho de Casagrande. Girar a manivela do aparelho numa velocidade constante de duas rotações por segundo até a ranhura central se fechar à espessura de 1 cm (Figura 2b). Anotar o número de pancadas indicado no aparelho de Casagrande.

Transferir imediatamente uma pequena quantidade (aproximadamente 50 g) do material das bordas que se uniram (Figura 2b) para uma lata de alumínio devidamente tarada para determinação da umidade (conforme procedimentos descritos no item 2.4).

Transferir o restante da massa para a cápsula de porcelana. Lavar e enxugar a cápsula metálica do aparelho Casagrande e o cinzel.

Adicionar água destilada (aproximadamente 5 mL) à amostra e homogeneizar com auxílio da espátula.

Repetir as operações descritas acima de modo a obter pelo menos mais quatro pontos de ensaio, com a mesma amostra de solo e com adição de água destilada, de forma a cobrir um intervalo de 15 a 35 golpes, estando os pontos (amostras com diferentes umidades) distribuídos uniformemente.

O limite de liquidez é representado pelo valor da umidade retida pela amostra, correspondente a 25 golpes. Este valor pode ser estimado por meio de uma equação de ajuste linear utilizando os cinco pontos ensaiados.

14.3.3 Cálculo

Em que:

LL – limite de liquidez que corresponde à umidade retida pela amostra após 25 golpes, em kg kg-1.

mt – massa da amostra úmida após 25 golpes, em g.

ms – massa da amostra seca a 105 °C até peso constante, em g.

mr – massa do recipiente, em g.

É possível determinar o limite de liquidez com apenas um ponto. No entanto, os resultados terão menor exatidão. A American Society for Testing and Materials, citado por Sowers (1963), emprega a seguinte equação para este caso:

Em que:

LL – limite de liquidez, em kg kg-1.

W – – umidade da amostra correspondente a N golpes, em kg kg-1.

N – número de golpes da determinação (Tabela 1).

14.4 Método do Cone de Penetração

14.4.1 Material e Equipamentos

Estufa.

Aparelho Cone de Penetração (Figura 3), com cone de aproximadamente 35 mm de altura e ângulo de 30 º ± 1 °.

Cápsula de porcelana de aproximadamente 500 cm3.

Espátula de lâmina flexível.

Potes de metal com 55 ± 2 mm de diâmetro e 40 ± 2 mm de altura.

Balança com resolução de 0,01 g.

Latas de alumínio de aproximadamente 220 cm3.

14.4.2 Procedimento

Tomar uma amostra de aproximadamente 300 g de solo seco passado em peneira de 0,42 mm e colocar na cápsula de porcelana.

Adicionar água destilada e, com a espátula, homogeneizar por pelo menos 10 minutos até formar uma massa homogênea.

Transferir a massa de solo homogênea para o pote de metal com a espátula, tomando o cuidado para não ficar ar preso, até completar completamente o volume do pote. Retire o excesso de solo do pote com auxílio de uma régua.

Com o cone de penetração bloqueado na posição levantada, abaixar o conjunto suporte+cone até que a ponta do cone apenas toque a superfície do solo. Abaixar a haste do relógio medidor de profundidade até que toque o eixo do cone e zerar o medidor.

Regular o tempo de penetração para 5 s. Acionar o desbloqueio para que o cone comece a penetrar na amostra. Após os 5 s, o bloqueador irá travar o eixo do cone, paralisando o ensaio de penetração. Abaixar a haste do relógio medidor de profundidade até que toque novamente o eixo do cone. Realizar a leitura da profundidade de penetração no relógio.

Levantar o cone e limpá-lo cuidadosamente.

Transferir imediatamente uma pequena quantidade do material presente no pote metálico para uma lata de alumínio devidamente tarada para determinação da umidade (conforme procedimento descrito no item 2.4).

Repetir as operações descritas acima de modo a obter pelo menos mais quatro pontos de ensaio, com a mesma amostra de solo e com adição de água destilada, de forma a cobrir um intervalo de profundidade de penetração de 15 a 25 mm, distribuído uniformemente.

O limite de liquidez é representado pelo valor da umidade retida pela amostra, correspondente à profundidade de penetração de 20 mm. Esse valor pode ser estimado por meio de uma equação de ajuste linear utilizando os cinco pontos ensaiados.

14.4.3 Cálculo

Em que:

LL – limite de liquidez que representa a umidade retida pela amostra, correspondente à profundidade de penetração de 20 mm, em kg kg-1.

mt – massa da amostra úmida, correspondente à profundidade de penetração de 20 mm, em g.

ms – massa da amostra seca a 105 °C, em g.

mr – massa do recipiente, em g.

Da mesma forma, é possível determinar o limite de liquidez com apenas um ponto; no entanto, os resultados terão menor exatidão.

Em que:

LL – limite de liquidez, em kg kg-1.

W – umidade da amostra correspondente à determinada profundidade de penetração, em kg kg-1.

f – fator de correção (Tabela 2).

14.5 Referências

CLAYTON, C. R. I.; JUKES, A. W. A one-point cone penetrometer liquid limit test? Géotechnique, v. 28, n. 4, p. 469-472, 1978.

SOWERS, G. F. Strength testing of soils: laboratory shear testing of soils. Philadelphia: American Society for Testing and Materials, 1963. (ASTM Special technical publication, n. 361).

14.6 Literatura recomendada

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459: solo: determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1984. 6 p.

BRITISH STANDARDS INSTITUTION. BS 1377-2: methods of test for soils for civil engineering purposes: classification tests. London, 1990.

CLAESSEN, M. E. C. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. e atual. Rio de Janeiro: EMBRAPA-CNPS, 1997. 212 p. (EMBRAPA-CNPS. Documentos, 1).

14.7 Anexos

Tabela 1. Valores de (N/25)0,12 correspondentes ao número de pancadas (N) para determinação do limite de liquidez pelo método de Casagrande.

N

(N/25)0,12

N

(N/25)0,12

18

0,961

26

1,005

20

0,974

28

1,014

22

0,985

30

1,022

24

0,995

32

1,030

25

1.000

-

-

Figura 1. Aparelho para determinação do limite de liquidez do solo. (a) cinzel (b) aparelho de Casagrande.

Foto: Igor Rodrigues de Assis.

Figura 2. Cápsula metálica do aparelho de Casagrande mostrando: (a) Detalhe da ranhura dividindo em duas partes iguais a massa de solo; (b) Detalhe da junção de 1 cm, momento em que se deve parar de dar os golpes.

Fotos: Igor Rodrigues de Assis.

Tabela 2. Fatores para o cálculo do limite de liquidez pelo método do cone de penetração a partir de um ponto de determinação.

Cone de penetração

Fatores para faixas de umidade

< 35%

35% a 50%

> 50%

mm

15

1,057

1,094

1,098

16

1,052

1,076

1,075

17

1,042

1,058

1,055

18

1,030

1,039

1,036

19

1,015

1,020

1,018

20

1,000

1,000

1,000

21

0,984

0,984

0,984

22

0,971

0,968

0,967

23

0,961

0,954

0,949

24

0,955

0,943

0,929

25

0,954

0,934

0,909

Plasticidade

baixa

intermediária

alta

Fonte: Clayton e Jukes (1978).

Figura 3. Aparelho denominado Cone de Penetração para determinação do limite de liquidez do solo.

Foto: Igor Rodrigues de Assis.

— Capítulo 15 —
LIMITE DE PEGAJOSIDADE

João Herbert Moreira Viana

Guilherme Kangussu Donagemma

15.1 Introdução

Este ensaio visa determinar a umidade de um solo no momento em que a pasta saturada com água apresenta aderência máxima a uma superfície metálica, indicando que o solo se encontra no estado plástico.

15.2 Princípio

Determinação por pesagem da massa da água presente na amostra de solo quando esta atinge o estado plástico, apresentando aderência máxima a uma superfície metálica após ser trabalhado úmido.

15.3 Material e Equipamentos

Espátula de aço inoxidável.

Estufa.

Peneira de malhas quadradas nº 40 (# 0,42 mm) da ABNT.

Latas de alumínio de 5 cm de diâmetro com tampa.

Cápsula de porcelana.

Balança analítica.

15.4 Procedimento

Colocar em cápsula de porcelana uma parte da massa de solo proveniente da determinação do limite de liquidez, ou pesar 50 g a 100 g de solo.

Adicionar água pouco a pouco e, com o auxílio de espátula, formar uma massa uniforme.

Com a espátula limpa e bem seca, comprimir a sua face sobre a massa de solo, para testar a aderência.

Se essa aderência não for conseguida, repetir a operação, adicionando mais água até que se note esse efeito.

Uma vez atingido esse ponto, retirar uma pequena porção da massa de solo, colocar em lata de alumínio numerada, pesar e determinar o teor de água (item 2.5).

Repetir essa operação três vezes ou mais.

A determinação é considerada concluída quando os valores dos teores de água obtidos não diferirem de 2%.

O limite de pegajosidade é representado pela média aritmética de três ou mais determinações.

15.5 Cálculo

Em que:

Lp – limite de pegajosidade médio, em kg kg-1.

Lp(n) – limite de pegajosidade que corresponde ao conteúdo de água no solo obtido em cada determinação, em kg kg-1.

n – número de repetições.

15.6 Literatura recomendada

FORSYTHE, W. Física de suelos: manual de laboratório. San Jose: IICA, 1975. 212 p.

GOMES, A. S.; CABEDA, M. S. V. Consistência de solos argilosos-escuros do Rio Grande do Sul e sua importância agronômica. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 15., 1975, Campinas. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1976. p. 31-34.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

OLIVEIRA, L. B. de; PAULA, J. L. de. Contribuição da física do solo aos estudos sobre manejo e conservação do solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1983. 23 p. (EMBRAPA-SNLCS. Documentos, 6).

SOWERS, G. F. Consistency. In: BLACK, C. A.; EVANS, D. D; ESNMINGER, L. E.; CLARK, F. E. (Ed.). Methods of soil analysis: part 1: physical and mineralogical properties. Madison: American Society of Agronomy, 1965. p. 391-399.

UHLAND, R. E. Rapid method for determining soil moisture. Soil Science Society of America Journal, v. 15, p. 391-393, 1951.

— Capítulo 16 —
ENSAIO DE COMPRESSÃO UNIAXIAL E MODELOS DE CAPACIDADE DE SUPORTE DE CARGA DO SOLO

Moacir de Souza Dias Junior

Paula Cristina Caruana Martins

16.1 Introdução

O método descrito tem os mesmos princípios do ensaio de adensamento unidimensional, normatizado pela norma técnica brasileira MB 3336. De acordo com essa norma, o ensaio de adensamento é realizado com amostras saturadas, enquanto o ensaio de compressão uniaxial é realizado com amostras não saturadas.

Nos ensaios de compressão uniaxial são obtidas as curvas de compressão do solo, que permitem quantificar as reduções de volume do solo e, portanto, estimar sua suscetibilidade à compactação. Essas curvas representam graficamente a relação entre o logaritmo da pressão aplicada e a densidade do solo ou o índice de vazios. Quando o solo não sofreu nenhuma pressão prévia, essa relação é linear, e a aplicação de qualquer pressão resultará em deformações não recuperáveis, causando, assim compactação do solo. Entretanto, se o solo já experimentou pressões prévias ou ciclos de secagem e umedecimento, a variação das pressões atuantes sobre o solo determinará a formação de duas regiões

distintas na curva de compressão do solo: (a) uma região de deformações pequenas, elásticas e recuperáveis (curva de compressão secundária); e (b) uma região de deformações plásticas e não recuperáveis (curva de compressão virgem). A pressão de pré-consolidação é a pressão que divide a curva de compressão do solo nessas duas regiões. A curva de compressão secundária representa os níveis de pressões experimentadas pelo solo no passado sendo, portanto, função do manejo do solo, já a curva de compressão virgem representa as primeiras pressões aplicadas ao solo. É na região da curva de compressão secundária que o solo deve ser cultivado ou trafegado, sem que ocorra compactação. É esse componente da curva de compressão que representa o histórico do manejo do solo e tem sido quantificado por meio da determinação da pressão de pré-consolidação do solo.

16.2 Ensaio de compressão uniaxial

16.2.1 Princípio

O ensaio de compressão uniaxial tem os mesmos princípios do ensaio de adensamento unidimensional, normatizado pela norma técnica brasileira MB 3336. De acordo com essa norma, o ensaio de adensamento é realizado com amostras de solo saturadas, enquanto o ensaio de compressão uniaxial é realizado com amostras de solo não saturadas (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1990).

Esse ensaio determina, para um solo lateralmente confinado e axialmente carregado em incrementos sucessivos, com pressões mantidas constantes em cada incremento e drenado, as deformações verticais resultantes da aplicação de uma dada pressão.

16.2.2 Material e Equipamentos

Amostrador de Uhland.

Consolidômetro S-450 Terraload Consolidometer (Durham GeoEnterprises, USA) (Figura 1).

Extensômetro (0,0001 polegada) (Figura 1). A norma MB-3336 recomenda que o extensômetro seja capaz de medir deslocamentos máximos de 1,5 cm com resolução de 0,01 mm.

Anéis de alumínio ou de aço inox com diâmetro externo de 7,15 cm e interno de 6,40 cm e altura de 2,54 cm. A relação diâmetro interno e altura deve ser de no mínimo 2,5 (preferencialmente 3,0), e o diâmetro interno deve ter no mínimo 5 cm de acordo com a norma MB-3336 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1990) (Figura 2).

Balança de precisão de 0,01 g.

Estufa (105 ºC – 110 ºC).

Bandeja.

Papel filtro.

Tecido sintético.

Elástico látex fino número 18.

Placa de Petri.

Cronômetro.

Compressor de ar.

Unidade de sucção.

Extratores de placa porosa.

Faca.

16.2.3 Procedimento

O ensaio de compressão uniaxial é usado para determinar as propriedades de compressão do solo, como a pressão de pré-consolidação, índice de compressão, índice de recompressão e a densidade do solo na pressão de pré-consolidação, e também para obter os modelos de capacidade de suporte de carga do solo ou para analisar o efeito do manejo sobre a estrutura do solo.

Coletar amostra indeformada, com estrutura preservada, em uma determinada camada de solo, usando o amostrador de Uhland. As amostras coletadas devem conter solo em excesso na parte superior e inferior do anel metálico.

Cortar a porção do solo em excesso situada acima do anel metálico usando uma faca. Colocar uma placa de Petri sobre a amostra e virá-la. Cortar a porção do solo situada na base do anel metálico usando uma faca. Colocar outra placa de Petri sobre esta superfície, e novamente virar a amostra para a posição inicial reservando o solo retirado para análises complementares (densidade de partículas, textura, umidade etc.).

Cobrir a face inferior do anel com um pedaço do tecido sintético e prendê-lo com o elástico, deixando essa face voltada para baixo.

Para obtenção dos modelos de capacidade de suporte de carga, dispor as amostras indeformadas em uma bandeja com água até 2/3 de sua altura por 24 horas para saturá-las e, após, secá-las ao ar, no laboratório, até atingir as umidades desejadas ou equilibrá-las a uma tensão desejada usando a unidade de sucção ou os extratores de placa porosa. As umidades ou tensões desejadas devem abranger uma faixa de umidade que simule de uma condição de solo úmido até uma condição de solo seco.

Para analisar o efeito do manejo sobre a estrutura do solo, o ensaio de compressão uniaxial deve ser realizado em amostras indeformadas com a umidade de coleta.

Anotar todas as informações da amostra no formulário (Figura 3). Retirar o elástico e o tecido, com cuidado para não perder solo. Pesar e anotar o valor da massa do anel metálico mais a massa da amostra úmida (Tara + M) no Formulário.

Colocar a pedra porosa inferior na base da célula de compressibilidade (Figuras 1 e 2) e o disco de papel filtro sobre a pedra porosa inferior; em seguida, colocar o anel metálico com a amostra sobre a pedra porosa inferior.

Colocar outro disco de papel-filtro sobre o anel com a amostra indeformada; posicionar o anel de alinhamento sobre o anel metálico com a amostra e, sobre este, posicionar tampa metálica com a pedra porosa superior e a esfera metálica (Figura 2).

Colocar a célula de compressibilidade contendo a amostra indeformada sobre o suporte do dispositivo de aplicação de pressão.

Ajustar as porcas de apoio para que a barra de carregamento do consolidômetro apoie sobre a esfera metálica, devendo a barra permanecer alinhada ao suporte do dispositivo de aplicação de pressão do consolidômetro (Figura 1).

Fixar a célula de compressibilidade e a barra de carregamento apertando simultaneamente as porcas de fixação.

Ajustar o extensômetro, devendo a ponta estar apoiada na barra de carregamento e alinhada com o centro da amostra de tal forma a permitir seu maior deslocamento.

Fixar o extensômetro às duas hastes metálicas, apertando as borboletas do suporte. Zerar o extensômetro antes da aplicação da pressão de 25 kPa.

A sequência de pressões usadas no ensaio de compressão uniaxial é 25, 50, 100, 200, 400, 800 e 1.600 kPa. As pressões de 25, 50, 100 e 200 kPa são aplicadas usando o regulador de baixa pressão (“Low Pressure Regulator”), devendo o “Seletor” estar voltado para o lado de baixa pressão. As pressões de 400, 800 e 1.600 kPa são aplicadas usando o regulador de alta pressão (“High Pressure Regulator”) com o “Seletor” voltado para este regulador.

Com a válvula de liberação de pressão na posição “Off” e o botão “Seletor” virado para a posição do regulador de baixa pressão (“Low Pressure Regulator”), ajustar a pressão de 25 kPa girando a válvula de baixa pressão até a leitura correspondente no leitor de pressão.

Aplicar a pressão de 25 kPa girando lentamente a válvula de liberação de pressão para a posição de carga (“Load”), anotando as deformações lidas no extensômetro no formulário (Figura 3) depois de decorridos 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 15; 30; 60; 120 minutos etc. O formulário (Figura 3) apresenta espaços para o tempo decorrido de 15 minutos, mas, se necessário, acrescentar as leituras para os tempos de 30; 60; 120 minutos etc.

A pressão de 25 kPa deve ser aplicada até obter 90% da deformação máxima (Taylor, 1948) e então a pressão deve ser elevada para 50 kPa. Para aumentar a pressão para 50 kPa, a válvula de liberação de pressão deve ser colocada na posição “Off”, e a pressão deve ser ajustada para 50 kPa no regulador de baixa pressão. Em seguida, a válvula de liberação de pressão deve ser girada lentamente para a posição de carga (“Load”). Esse procedimento deve ser repetido para cada pressão aplicada.

Para cada pressão aplicada, a deformação máxima de 90% é obtida fazendo um gráfico com a raiz quadrada do tempo (eixo das abscissas) versus as leituras do extensômetro em escala aritmética (eixo das ordenadas) (Figura 4). Em seguida, deve-se ajustar uma linha reta aos pontos da parte inicial da curva obtida até que essa reta intercepte o eixo y (leitura do extensômetro). Uma segunda linha reta é traçada partindo dessa interseção com todas as abscissas, 1,15 vezes maior do que os valores correspondentes da primeira linha reta. A interseção dessa segunda linha e a curva obtida (raiz quadrada do tempo versus leitura do extensômetro) é o ponto que corresponde a 90% de consolidação. Para algumas classes de solos brasileiros, 15 minutos têm sido suficientes para atingir os 90% de deformação máxima na condição de solo parcialmente saturado.

Ao terminar a aplicação de todas as pressões, descarregar o aparelho girando lentamente a válvula de liberação de pressão para a posição de descarregamento (“Unload”), remover a célula de compressibilidade e desmontar o conjunto. Secar a amostra com o anel metálico em estufa por 24 horas a 105-110 ºC. Pesar e anotar o valor da massa do anel metálico mais a massa do solo seco (Tara + Ms) no Formulário (Figura 3).

Pesar o anel metálico (Tara) e anotar no Formulário (Figura 3).

Calcular os valores da umidade em base gravimétrica (CGA), densidade do solo (Ds), umidade em base volumétrica (CVA), altura de sólidos (Hs) e índice de vazios (ei).

Fazer um gráfico com a pressão aplicada em escala logarítmica (abscissa) versus a densidade do solo ou índice de vazios obtidos no final de cada pressão aplicada em escala decimal (ordenadas), obtendo a curva de compressão do solo (Figura 5).

Determinar a pressão de pré-consolidação (σp) na curva de compressão do solo usando os métodos propostos por Casagrande (1936) ou Dias Junior e Pierce (1995), ou outro método disponível na literatura. No método proposto por Dias Junior e Pierce (1995), não há necessidade de traçar a curva de compressão do solo, pois a planilha já a traça automaticamente e calcula a pressão de pré-consolidação (σp) e densidade do solo na pressão de pré-consolidação (Dsσp).

Utilizando o método de Dias Junior e Pierce (1995), a pressão de pré-consolidação pode ser determinada usando o Método 1 ou o Método 3. O Método 1 é usado para amostras equilibradas a sucções ≤ 100 kPa, enquanto o Método 3 é usado para amostras equilibradas a sucções > 100 kPa.

No Método 1, a pressão de pré-consolidação é determinada na abscissa do ponto intersecção da equação da reta que passa pelos dois primeiros pontos da curva de compressão secundária e o prolongamento da reta de compressão virgem. Já no Método 3, a pressão de pré-consolidação é determinada na abscissa do ponto intersecção da reta ajustada aos quatro primeiros pontos da curva de compressão secundária e o prolongamento da reta de compressão virgem.

No Método de Casagrande (1936), deve-se escolher, na curva de compressão do solo, o ponto de mínimo raio de curvatura e, por ele, deve-se traçar uma reta paralela ao eixo das abscissas e uma reta tangente à curva de compressão do solo. Traçar a bissetriz do ângulo formado por essas retas. A abscissa do ponto de intersecção da bissetriz com o prolongamento da parte reta da curva de compressão virgem é a pressão de pré-adensamento que, no ensaio de compressão uniaxial, é denominada de pressão de pré-consolidação.

No Método de Pacheco e Silva (MB 3336), deve-se traçar uma reta horizontal (paralela ao eixo das abscissas) passando pela ordenada correspondente ao índice de vazios inicial ou à densidade do solo inicial. Prolongar a parte reta da curva de compressão virgem e determinar o ponto de intersecção com a reta anteriormente traçada. Pelo ponto de intersecção, traçar uma reta vertical (paralela ao eixo das ordenadas) até interceptar a curva de compressão do solo. Por esse ponto, traçar uma reta horizontal (paralela ao eixo das abscissas), até esta se encontrar com o prolongamento da parte reta da curva de compressão virgem. A abscissa desse ponto corresponde à pressão de pré-adensamento que no ensaio de compressão uniaxial é denominada de pressão de pré-consolidação.

Calcular os índices de compressão e recompressão usando a curva de compressão do solo (Figura 5).

16.3 Modelo de capacidade de suporte de carga

16.3.1 Procedimento

Fazer um gráfico colocando no eixo das abscissas as umidades volumétricas (CVA) (Dias Junior et al., 2005) (Figura 6) ou sucções (Oliveira et al., 2003) (Figura 7) versus as pressões de pré-consolidação (σp) (eixo das ordenadas) determinadas para diferentes umidades volumétricas ou sucções. Usando um programa gráfico, ajustar a esses pontos uma regressão do tipo σp = 10(a +( b x CVA)) ou σp = a + b x (ln sucção), em que σp é a pressão de pré-consolidação, CVA = umidade volumétrica e “a” e “b” são parâmetros de ajuste. A curva obtida é o modelo de capacidade de suporte de carga do solo.

Acrescentar ao modelo de capacidade de suporte de carga, os intervalos de confiança da população a 95% de acordo com o proposto por Dias Junior et al. (2005) (Figura 8).

Para analisar o efeito do manejo sobre a estrutura do solo utilizando o modelo de capacidade de suporte de carga, amostras indeformadas devem ser coletadas e submetidas ao ensaio de compressão uniaxial com a umidade de coleta, e a pressão de pré-consolidação deve ser determinada conforme descrito anteriormente.

Representar no gráfico do modelo de capacidade de suporte de carga os valores das umidades de coleta versus as pressões de pré-consolidação.

Determinar a porcentagem das amostras que pertencem a cada região quantificando se ocorreu compactação ou não. Essas regiões são:

Uma região onde as pressões de pré-consolidação determinadas após o manejo são maiores do que as do limite superior do intervalo de confiança, sendo considerada como a região onde a compactação do solo já ocorreu.

Uma região onde as pressões de pré-consolidação determinadas após o manejo estão entre o limite superior e inferior do intervalo de confiança. Apesar de as amostras de solo não terem sofrido compactação, essa região indica as amostras de solo que poderão sofrer compactação nas próximas operações, se as pressões aplicadas forem maiores que as do limite superior do intervalo de confiança.

Uma região onde as pressões de pré-consolidação determinadas após o manejo são menores do que as do limite inferior do intervalo de confiança.

16.3.2 Cálculos

16.3.2.1 Densidade do solo

Conforme item 7.3.

16.3.2.2 Densidade de partículas

Conforme item 8.2.

16.3.2.3 Altura de sólidos

Em que:

Hs – altura de sólidos, em cm.

Ms – massa de sólidos, em g.

A – área da seção transversal da amostra, em cm2.

Dp – densidade de partículas, em g cm-3 (item 8.2).

γa – densidade da água, em g cm-3.

16.3.2.4 Conteúdo gravimétrico de água (Umidade gravimétrica)

Conforme item 2.5.1.

16.3.2.5 Conteúdo volumétrico de água (Umidade volumétrica)

Conforme item 2.5.2.

16.3.2.6 Índice de vazios inicial

Em que:

ei – índice de vazios inicial.

Hi – altura inicial da amostra, em cm.

Hs – altura de sólidos, em cm.

16.3.2.7 Delta H

Em que:

Delta H – diferença de leitura entre duas medidas consecutivas do extensômetro, em cm.

L(i+1) – leitura do extensômetro em uma pressão subsequente à pressão dada, em cm.

Li – leitura do extensômetro em uma dada pressão, em cm.

16.3.2.8 Delta e

Em que:

Delta H – diferença de leitura entre duas medidas consecutivas do extensômetro, em cm.

Hs – altura de sólidos, em cm.

16.3.2.9 Índice de vazios

Em que:

Índice de vazios(i) – índice de vazios em uma dada pressão.

Delta e(i+1) – delta e em uma pressão subsequente à pressão dada.

16.3.2.10 Altura da amostra

Em que:

Altura – altura da amostra, em cm.

H(i) – altura da amostra em uma dada pressão, em cm.

Delta H(i + 1) – delta H em uma pressão subsequente à pressão dada, em cm.

16.3.2.11 Volume

Em que:

Volume – volume da amostra, em dm3.

Área(i) – área da amostra em uma dada pressão, em cm2.

H(i) – altura da amostra em uma dada pressão, em cm.

16.3.2.12 Porosidade total

Conforme item 9.1.6.2.

16.3.2.13 Redução na porosidade total

Em que:

Redução – redução na porosidade total, em %.

PT(i) – porosidade total em uma dada pressão, em m3 m-3.

PT(i+1) – porosidade total em uma pressão subsequente à pressão dada, em m3 m-3

16.3.2.14 Índice de recompressão

Em que:

Cr – índice de recompressão que corresponde à inclinação dos trechos de descarregamento/carregamento da curva de compressão do solo (Figura 5).

Ds – densidade do solo a uma determinada pressão aplicada, em kg dm-3 (item 7.3).

log σ – logaritmo de uma determinada pressão aplicada.

16.3.2.15 Índice de compressão

Em que:

Cc – índice de compressão que corresponde à inclinação da reta de compressão virgem da curva de compressão do solo (Figura 5).

Ds – densidade do solo a uma determinada pressão aplicada, em kg dm-3 (item 7.3).

log σ – logaritmo de uma determinada pressão aplicada.

16.4 Observações

Mais detalhes do ensaio de adensamento unidimensional podem ser obtidos em MB-3336 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1990), Bowles (1986), Holtz e Kovacs (1981), Wolff (1994), entre outros, e, para calcular a pressão de pré-consolidação, consultar Dias Junior e Pierce (1995).

16.5 Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. MB 3336: solo: ensaio de adensamento unidimensional. Rio de Janeiro, 1990. 13 p.

BOWLES, J. A. Engineering properties of soils and their measurements. 3rd ed. New York: McGraw-Hill, 1986. 218 p.

CASAGRANDE, A. The determination of the pre-consolidation load and its practical significance. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON SOIL MECHANICS AND FOUNDATION ENGINEERING, 1., 1936, Cambridge. Proceedings. Cambridge: Harvard University, 1936. p. 60-64.

DIAS JUNIOR, M. S.; LEITE, F. P.; LASMAR JÚNIOR, E.; ARAÚJO JUNIOR, C. F. Traffic effect on the preconsolidation pressure due to eucalyptus harvest operations. Scientia Agricola, v. 62, n. 3, p. 248-255, 2005.

DIAS JUNIOR, M. S.; PIERCE, F. J. A simple procedure for estimating preconsolidation pressure from soil compression curves. Soil Technology, v. 8, n. 2, p. 139-151, 1995.

HOLTZ, R. D.; KOVACS, W. D. An introduction to geotechnical engineering. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1981. 733 p.

OLIVEIRA, G. C; DIAS JUNIOR, M. S; CURI, N.; RESCK, D. V. S. Compressibilidade de um Latossolo Vermelho argiloso de acordo com a tensão de água no solo, uso e manejo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 27, n. 5, p.773-781, 2003.

TAYLOR, D. M. Fundamentals of soil mechanics. New York: J. Wiley & Sons, 1948. 770 p.

WOLFF, T. F. Soil mechanics: course pack CE 312. Michigan: Michigan State University, 1994. 238 p.

16.6 Anexos

Figura 1. Unidade de consolidação. Consolidômetro S-450 Terraload. (Durham Geo Enterprises, USA).

Foto: Diego Tassinari

Figura 2. Célula de compressibilidade com acessórios.

Foto: Diego Tassinari

Figura 3. Modelo de formulário a ser empregado em ensaios de compressão uniaxial.

Figura 4. Curva mostrando a relação entre o tempo e a leitura do extensômetro.

Figura 5. Curva de compressão do solo.

Fonte: Adaptada de Holtz e Kovacs (1981)

Figura 6. Modelo de capacidade de suporte de carga mostrando as pressões de pré-consolidação (σp) em função da umidade do solo em base volumétrica.

Fonte: Dias Junior et al. (2005).

Figura 7. Modelo de capacidade de suporte de carga mostrando as pressões de pré-consolidação (σp) em função da sucção.

Fonte: Oliveira et al. (2003).

Figura 8. Modelo de capacidade de suporte de carga com os intervalos de confiança e critérios para análise do efeito do manejo sobre a estrutura do solo.

Fonte: Dias Junior et al. (2005).

— Capítulo 17 —
SUPERFÍCIE ESPECÍFICA - MÉTODO DO ETILENO GLICOL MONOETIL ETER (EGME)

Daniel Vidal Pérez

17.1 Introdução

A superfície específica de um sólido é a relação da sua área sobre a sua massa. Muitas das reações que ocorrem no solo são de superfície tais como retenção de água e de nutrientes. A superfície específica do solo está relacionada com o tamanho das partículas e a mineralogia da fração argila, na seguinte sequência: argila > silte > areia. As substâncias húmicas e argilas de atividade alta apresentam maior superfície específica, depois caulinita e óxidos de ferro. Há diferentes métodos descritos na literatura para determinação da superfície específica do solo, como o BET (padrão), sendo o do etileno glicol o mais simples e mais rápido, além de depender do uso de um menor número de equipamentos de mais baixo custo, embora seja menos preciso que o padrão.

17.2 Princípio

Baseia-se na retenção de líquidos polares. A quantidade de éter monoetílico do etileno glicol (EGME), que está sendo evaporado, diminui quando não mais existe EGME livre e somente resta aquele adsorvido, formando uma camada monomolecular. A quantidade de EGME existente nesse momento é proporcional à superfície do sólido.

17.3 Material e Equipamentos

Dessecador especial.

Dessecador comum.

Bomba de vácuo.

Conexão em “V” e mangueiras plásticas.

Kitazato, ou similar, contendo elemento dessecante (CaCl2, sílica, P2O5).

17.4 Reagentes

Éter monoetílico do etileno glicol (EGME).

17.5 Procedimento

Colocar, no fundo do dessecador especial, duas placas de Petri (ou similar), sendo uma contendo aproximadamente 40 mL de EGME e outra contendo aproximadamente 200 g CaCl2.

Pesar, aproximadamente, 1,0000 g da amostra de solo em cadinho de alumínio, com tampa e previamente tarado, e colocar em estufa a 105 °C até peso constante.

No outro dia pela manhã, retirar os cadinhos (tampados) e colocar em dessecador comum. Deixar esfriar e pesar.

Adicionar 3 mL de EGME na amostra de modo a formar uma “pasta”.

Colocar, no máximo, seis cadinhos, com tampa aberta, no dessecador especial.

Tão logo o sistema esteja fechado, deixar por 45 minutos e, depois, aplicar vácuo de 0,250 mmHg por 45 minutos.

No final da tarde, pesar os cadinhos, com tampa, recolocando-os, imediatamente, de volta ao dessecador especial, sem tampa.

Reevacuar por 45 minutos em 0,250 mmHg.

Nos dias seguintes, fazer novas pesagens, pela manhã, próximo ao meio-dia e no final da tarde, até se atingir peso constante.

Espera-se que o equilíbrio ocorra em, no máximo, dois dias.

17.6 Cálculos

Em que:

X – quantidade de EGME retida na amostra, em g.

N – massa do cadinho mais amostra de solo com EGME após atingir peso constante após secagem, em g.

A – tara do cadinho, em g.

B – massa do cadinho + amostra seca a 110 ºC, em g.

Y – quantidade de EGME retida em 1 g de amostra, em g.

SS – superfície específica, em m2 g-1.

17.7 Observações

Normalmente, se recomenda usar amostra que passa em peneira de 0,250 mm (60 mesh).

Não há necessidade de se realizar pré-tratamentos na amostra.

Cada vez que terminar um grupo de seis amostras, trocar o CaCl2 e recolocar EGME (que irá, naturalmente, evaporar). O CaCl2 retirado pode ser reaproveitado, bastando aquecer por 24 horas, em estufa a 150 °C.

O fator de divisão (3,71 x 10-4) se refere à quantidade de EGME necessária para cobrir uma área de 1 m2, com base nos cálculos de Eltantawy e Arnold (1973). Carter et al. (1965) usam, ao contrário, valor de 2,86 x 10-4, contudo, não usavam o sistema de equilíbrio com EGME “livre” (mais recomendado) originado pelo dessecador especial.

Usar, de preferência, dois dessecadores especiais, com manômetro, ligados por mangueiras a um conector “V”, que estará conectado, por mangueira, ao Kitazato, o qual estará conectado, por fim, à bomba de vácuo.

17.8 Referências

CARTER, D. L.; HEILMAN, M. D.; GONZALEZ, C. L. Ethylene glycol monoethyl ether for determining surface area of silicate minerals. Soil Science, v. 100, n. 5, p. 356-360, Nov. 1965.

ELTANTAWY, I. M.; ARNOLD, P. W. Reappraisal of ethylene glycol mono-ethyl ether (EGME) method for surface area estimations of clays. Journal of Soil Science, v. 24, n. 2, p. 232-238, Jun. 1973.

17.9 Literatura recomendada

CIHACEK, L. J.; BREMMER, J. M. A simplified ethylene glycol monoethyl ether procedure for assessment of soil surface area. Soil Science Society of America Journal, v. 43, n. 4, p. 821-822, 1979.

HEILMAN, M. D.; CARTER, D. L.; GONZALEZ, C. L. The ethylene glycol monoethyl ether (EGME) technique for determining soil-surface area. Soil Science, v. 100, n. 6, p. 409-413, 1965.

RATNER-ZOHAR, Y.; BANIN, A.; CHEN, Y. Oven drying as a pretreatment for surface-area determinations of soils and clays. Soil Science Society of America Journal, v. 47, n. 5, p. 1056-1058, 1983.

TILLER, K. G.; SMITH, L. H. Limitations of EGME retention to estimate the surface area of soils. Australian Journal of Soil Research, v. 28, n. 1, p. 1-26, 1990.

— Capítulo 18 —
MORFOMETRIA DOS GRÃOS DE AREIA

João Herbert Moreira Viana

Eliane de Paula Clemente

18.1 Introdução

A análise de rotina de areias normalmente limita-se à sua separação por peneiramento e sua quantificação por gravimetria na análise granulométrica. Além disso, em alguns casos, avalia-se a mineralogia da fração areia por avaliação com lupa. Por outro lado, maiores informações sobre as características das areias podem ser obtidas por avaliações adicionais relativamente simples, como procedimentos de análise de imagens que permitem medir atributos morfológicos de grãos individuais de areia e gerar parâmetros auxiliares para interpretação do comportamento físico destas. Essa análise pode ser feita em imagens digitais obtidas por diversos meios sendo, então, processadas por meio de programas adequados e quantificadas com base em parâmetros morfológicos descritos na literatura. Isso é possível pela disponibilidade de programas de uso livre, como o ImageJ 1.47t, que têm tido ampla utilização científica e permitem o desenvolvimento de rotinas específicas.

18.2 Princípio

A medição de atributos morfológicos de grãos individuais de areias é executada em imagens digitais obtidas por microscopia com a ajuda de programas de análise de imagens, a partir da identificação das formas e da contagem de pixels de feições de interesse na imagem.

18.3 Material e Equipamentos

Microscópio ótico ou lupa binocular com câmera fotográfica acoplada.

Scanner ótico de alta resolução.

Computador com os programas de processamento de imagem.

18.4 Procedimento

18.4.1 Obtenção e preparo da amostra

As amostras de areias são provenientes da análise granulométrica ou do procedimento para determinação de agregados estáveis de solo (após secagem) ou sedimentos. Deve-se fazer a separação das frações da areia em tamanhos padronizados tendo sua análise separada. Recomenda-se colocar as amostras das frações em placas de Petri para padronização da quantidade de material a ser utilizado antes da captura das imagens.

18.4.2 Obtenção das imagens

Escolha o equipamento em função da natureza e da dimensão dos objetos e da necessidade de magnificação.

Ajustar as condições gerais do microscópio, da lupa ou do equipamento de aquisição de imagens antes das tomadas de imagens, em testes prévios. Utilizar a melhor resolução da câmera possível, compatível com as análises posteriores. Caso disponível no equipamento, a imagem deve ser salva em um formato não comprimido, tipo bitmap (BMP) ou TIFF.

Tomar as imagens em um fundo contrastante com a cor do material, de forma a proporcionar a melhor diferenciação entre seu perfil e o fundo. Recomenda-se o uso de lâmina de referência (padrão para calibração), obtida em condições idênticas às das imagens em estudo. A fonte de luz deve ser adequada de modo a fornecer iluminação suficiente, mas difusa, projetando o mínimo de sombra possível, em um ângulo que minimize também o brilho dos cristais eventualmente presentes. Pequenos ajustes de foco devem ser feitos com base na imagem visualizada diretamente na câmera, caso esta tenha visor independente, ou no monitor, caso seja usado um programa de captura de imagens acoplado ao equipamento.

18.4.3 Tratamento e quantificação digital das imagens

As imagens originais (normalmente coloridas) devem ser convertidas em formato binário (preto e branco, 8 bits), para terem suas feições identificadas e quantificadas pelo algoritmo do programa. São descritos dois procedimentos em detalhes, visando à conversão para formato binário (“binarização”) das imagens das areias, e sua posterior quantificação. Os passos indicados são identificados conforme as “janelas” abertas pelo programa, em sequência. O procedimento pelo filtro de limiar é mais rápido e expedito. O segundo, via filtro de variância, é mais trabalhoso e menos prático, mas pode ser útil quando há dificuldade de se separar claramente os contornos dos objetos, por exemplo, quando eles são semitransparentes e não são bem contrastados com o fundo. Isso exige testes e comparação com a imagem original, como referência.

18.4.3.1 Procedimento com binarização via filtro de limiar (*Threshold*):

Abrir a imagem em formato *.jpg (caso o arquivo original não esteja em formato TIFF): File>Open. Converter para *.tif e salvá-la no diretório de trabalho: File>Save as>Tiff.

Calibrar a imagem a ser medida: abrir imagem de referência (lâmina graduada), previamente tratada. No console do ImageJ, clicar na ferramenta de desenho de linha reta (*Straight*). Clicar no ponto de início da referência da imagem e arrastar, mantendo o mouse clicado, até o ponto final, soltando-o em seguida. Analyse>Set scale. Digitar a distância conhecida (“Known distance”). Digitar a unidade de medida (“Unit of lenght”, mm, µm etc.). Marcar a caixa “Global” e clicar em OK.

Duplicar a imagem a ser medida (os demais tratamentos se aplicam a essa cópia): Image>Duplicate.

Aplicar o filtro de mediana: Process>Filters>Median (usar o valor de raio de 3 pixels).

Aplicar a correção “Gamma”: Process>Math>Gamma. Ajustar o valor de acordo com a imagem.

Aplicar o filtro de limiar (*Threshold*): Image>Adjust>Color threshold. Ajustar valores na escala RGB de acordo com a imagem. Usar o fundo BW.

Caso necessário, inverter a imagem (fundo branco e objetos pretos): Edit>Invert.

Preencher buracos: Process>Binary>Fill holes. Caso necessário*, completar o perímetro das formas que não foram preenchidas. Usar a ferramenta pincel no console (“Paint brush”). Repetir etapa anterior (Fill holes).

*A critério do analista, esse passo pode ser dispensado (neste caso, os objetos incompletos devem ser descartados nas análises posteriores dos dados). Recomenda-se seu uso apenas quando existe segurança quanto ao traçado do perímetro, verificado na imagem original, e os espaços para se completar o perímetro sejam menores que 20 pixels.

Proceder à análise: Analyse>Analyse particles. Digitar área mínima de medida (depende do tamanho dos objetos a serem medidos na imagem). Marcar campo de excluir imagens nas bordas (“Exclude edges”).

Salvar os resultados: na nova janela “Results”, clicar em: File>Save as. Definir o diretório e o nome do arquivo e salvar.

18.4.3.2 Procedimento com binarização via filtro de variância (*Variance*):

Abrir a imagem *.jpg (caso o arquivo original não esteja em formato TIFF): File>Open. Converter para *.tif e salvá-la no diretório de trabalho: File>Save as>Tiff.

Calibrar a imagem a ser medida: Abrir imagem de referência (lâmina graduada), já previamente tratada. No console do ImageJ, clicar na ferramenta de desenho de linha reta (*Straight*). Clicar no ponto de início da referência da imagem e arrastar, mantendo o mouse clicado, até o ponto final, soltando em seguida. Analyse>Set scale Digitar a distância conhecida (“Known distance”). Digitar a unidade de medida (“Unit of lenght”, mm, μm etc.).

Duplicar a imagem a ser medida (os demais tratamentos se aplicam a essa cópia): Image>Duplicate.

Aplicar o filtro de mediana: Process>Filters>Median. Usar o valor de raio de 3 pixels.

Aplicar a correção Gamma: Process>Math>Gamma. Ajustar o valor de acordo com a imagem.

Aplicar o filtro de variância: Process>Filters>Variance. Usar valor de raio de 3 pixels.

Converter em imagem binária, linearizar e preencher: Process>Binary>Convert to mask. Process>Binary>Fill holes. Caso necessário**, completar o perímetro das formas que não foram preenchidas: usar a ferramenta pincel no console (“Paint brush”). Repetir etapa anterior (Fill holes). Aplicar filtro de erosão (duas vezes consecutivas): Process>Binary>Erode.

**A critério do analista, esse passo pode ser dispensado (neste caso, os objetos incompletos devem ser descartados nas análises posteriores dos dados). Recomenda-se seu uso apenas quando existe segurança quanto ao traçado do perímetro, verificado na imagem original, e os espaços para se completar o perímetro sejam menores que 20 pixels.

Proceder à análise: Analyse>Analyse particles. Digitar área mínima de medida (depende do tamanho dos objetos a serem medidos na imagem). Marcar campo de excluir imagens nas bordas (“Exclude edges”).

Salvar os resultados: Na nova janela “Results”, clicar em: File>Save as. Definir o diretório e o nome do arquivo e salvar.

18.5 Observações

Os atributos morfométricos mais usualmente utilizados em trabalhos de morfometria são:

Área: é o número de pixels do polígono. Se a imagem for calibrada, então a área será computada na unidade de calibração; caso contrário, será em pixels.

Perímetro: é o comprimento do lado externo do objeto. Se a imagem for calibrada, então o perímetro será computado na unidade de calibração; caso contrário, será em pixels.

Arredondamento: seu resultado situa-se entre 0 e 1. É também conhecido como circularidade ou angularidade, quanto maior o valor, mais arredondado é o objeto. Se o valor é 1, o objeto é um círculo perfeito. Arredondamento: seu resultado situa-se entre 0 e 1. É também conhecido como circularidade ou angularidade, quanto maior o valor, mais arredondado é o objeto. Se o valor é 1, o objeto é um círculo perfeito.

Maior Eixo: é o comprimento da maior linha, em pixels, que pode ser traçada através do objeto.

Menor Eixo: é o comprimento da menor linha, em pixels, que pode ser traçada através da perpendicular ao maior eixo do objeto.

Alongamento: é o quociente entre o menor e o maior eixo. O resultado é um valor entre 0 e 1. Se o valor for igual a 1, o objeto é aproximadamente circular ou quadrado. À medida que o valor do alongamento se afasta de 1, o objeto torna-se mais alongado.

Compacidade: fornece a medida da circularidade do objeto. Seu valor se situa entre 0 e 1. Se o valor for igual a 1, o objeto é aproximadamente circular. À medida que o valor se afasta de 1, o objeto torna-se menos circular.

18.6 Literatura recomendada

FERREIRA, T.; RASBAND, W. ImageJ user guide: IJ 1.46r. 2012. Disponível em: <http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide>. Acesso em: 8 ago. 2017.

IMAGEJ: image processing and analysis in Java. Disponível em: <http://rsbweb.nih.gov/ij>. Acesso em: 8 ago. 2017.

VIANA, J. H. M.; CLEMENTE, E. de P.; OLIVEIRA, A. P. de. Procedimento operacional padronizado para quantificação e mensuração de areias via análise de imagens. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2016. 9 p. (Embrapa Solos. Comunicado técnico, 73).

— Capítulo 19 —
DIAGNÓSTICO RÁPIDO DA ESTRUTURA DO SOLO (DRES)

Ricardo Ralisch

Henrique Debiasi

Júlio Cezar Franchini

Michely Tomazi

Luís Carlos Hernani

Adoildo da Silva Melo

Anderson Santi

Alba Leonor da Silva Martins

Fabiano Daniel de Bona

19.1 Introdução

A estrutura do solo é a forma como as partículas minerais (areia, silte e argila) e orgânicas do solo estão organizadas no espaço (Dexter, 1988). A estrutura também se refere ao padrão de arranjo das partículas primárias em unidades estruturais, os agregados, os quais são separados entre si por superfícies de fraqueza, ou apenas superpostos e sem conformação definida (Santos et al., 2013).

A estrutura é um dos principais componentes da fertilidade do solo, refletindo, de forma imediata, os efeitos do manejo ao qual esse recurso é submetido. Avaliada nas camadas superficiais, proporciona indicações sobre a interação solo-atmosfera.

Métodos visuais objetivos e reprodutíveis de diagnóstico da qualidade estrutural do solo com base em medições de campo têm sido desenvolvidos e variam, desde facilmente compreensíveis, às mais complexas avaliações. Diagnosticando as relações de causa e efeito, possibilitam a identificação e definição de estratégias a serem adotadas em um sistema de produção agropecuário para melhoria da qualidade estrutural e, portanto, da fertilidade do solo. O manejo conservacionista, por exemplo, visa preservar e/ou, na medida do possível, melhorar a estrutura natural do solo.

Considerando a complexidade de outros métodos e a necessidade de adaptação às condições tropicais e subtropicais, e com base em Guimarães et al. (2011) e Tavares Filho et al. (1999), foi desenvolvido o Diagnóstico Rápido da Estrutura do Solo (DRES), um método de campo para avaliar visualmente a qualidade estrutural do solo em amostras superficiais (25 cm de profundidade), com mínima intervenção no local e de fácil entendimento e adoção pelos usuários.

19.2 Princípio

A qualidade da estrutura de amostras dos primeiros 25 cm do solo retrata o padrão do manejo do solo adotado e pode ser avaliada mediante a observação visual e atribuição de notas a campo com base em feições de degradação ou de conservação física e biológica dos agregados.

19.3 Material e Equipamentos

Enxadão.

Pá de corte (pá reta).

Bandeja plástica (25 cm de largura x 50 cm de comprimento x 15 cm de altura).

Canivete e/ou faca.

Régua de 30 cm ou fita métrica.

Três separadores de camadas com dimensões do comprimento da bandeja.

Prancheta.

Lápis e borracha.

Lupa pequena (opcional).

Máquina fotográfica (opcional).

Receptor GPS para marcação dos locais de amostragem (opcional).

Etiquetas adesivas e canetas para retroprojetor (opcional).

19.4 Procedimento

19.4.1 Delimitação da área

Antes da avaliação, identificar glebas ou regiões homogêneas de interesse com no máximo 100 ha e anotar as informações no formulário (Figura 1). As glebas são estabelecidas de acordo com os critérios:

Histórico do manejo de, no mínimo, os últimos 3 anos.

Estádio de desenvolvimento da cultura (se houver).

Variabilidade na textura do solo.

Posição na paisagem. Obs.: em áreas com declividade perceptível (igual ou maior que 3%), dividir a encosta em terços: superior (topo), médio e inferior (baixada).

Classe de solo e textura da camada superficial (se for possível identificar).

19.4.2 Número de amostras

Como referência, utilizar um número de pontos de amostragem por gleba homogênea, definido conforme o tamanho desta:

Até 10 ha: de 3 a 5.

De 11 ha a 50 ha: de 6 a 10.

De 51 ha a 100 ha: de 11 a 15.

19.4.3 Época de avaliação

Em agrossistemas com culturas anuais, se o objetivo for o monitoramento de efeitos das práticas de manejo, a médio e longo prazos, realizar a avaliação imediatamente antes da semeadura ou logo após a colheita. Recomenda-se que essa avaliação seja repetida sistematicamente no decorrer do tempo, nas mesmas condições (época, cultura, umidade do solo, entre outras). Ressalta-se que o DRES deve ser aplicado quando o solo apresenta consistência próxima da friabilidade, isto é, quando pequena amostra se esboroa facilmente sob pressão fraca a moderada entre o polegar e o indicador e agrega-se por compressão posterior (Santos et al., 2013).

19.4.4 Coleta da amostra de solo

Com o auxílio de enxadão e pá de corte reta, abrir uma minitrincheira de 40 cm de comprimento, 30 cm de largura e 30 cm de profundidade, no sentido transversal às linhas das culturas.

Extrair o bloco de solo de uma das paredes de maior comprimento, a cerca de 5 cm da linha da cultura, com uma pá de corte reta. A amostra deve ter espessura de 10 cm, largura de 20 cm e profundidade de 25 cm (Figura 2).

19.4.5 Preparo e manipulação da amostra de solo

Colocar o bloco cuidadosamente em uma bandeja plástica com 25 cm de largura, e pelo menos 50 cm de comprimento e 15 cm de altura (Figura 3).

Para fragmentar o bloco de solo em suas superfícies de fraqueza gerando agregados de menor tamanho, manipular cuidadosamente a amostra, aplicando leve pressão com os dedos, e manter o material trabalhado sempre na profundidade original, distribuindo-o ao longo do maior comprimento da bandeja.

19.4.6 Identificação e delimitação de camadas do solo

Avaliar e identificar as camadas da amostra do solo a partir das características da estrutura (tamanho, grumosidade e coesão entre agregados, orientação das faces de ruptura, porosidade), cor, presença e aparência morfológica de raízes e outros organismos vivos. A amostra pode ser constituída de até três camadas.

Delimitar as camadas no sentido da profundidade (anotar a espessura), por meio de separadores, como réguas ou outros materiais com dimensões similares ao comprimento da bandeja (Figura 4).

19.5 Atribuição de notas de qualidade estrutural de cada camada da amostra de solo (Qec)

Para atribuição das notas de qualidade estrutural de cada camada (Qec), usar a chave de classificação apresentada na Figura 5.

Essa chave de classificação se baseia numa escala de pontuação detalhada na Tabela 1. As notas de Qec são atribuídas a partir da observação de evidências de feições de degradação ou conservação/recuperação do solo. Características dessas feições estão relacionadas a seguir e exemplos podem ser visualizados nas Figuras 6 e 7.

19.5.1 Feições de degradação

Raízes tortas achatadas e crescendo lateral ou preferencialmente nas fissuras.

Predomínio de agregados maiores que 7 cm e/ou com faces lisas e ângulos retos de ruptura coesos e com pouca porosidade.

Predomínio de agregados menores que 1 cm ou solo pulverizado.

Presença de canais com areia solta no sentido vertical do perfil do solo.

Ausência ou poucos indícios de atividade biológica.

19.5.2 Feições de conservação/recuperação

Raízes crescendo sem restrição, explorando o interior dos agregados.

Predomínio de agregados com tamanho de 1 a 4, com baixa coesão, arredondados, faces de ruptura rugosas e linhas de ruptura sem orientação definida.

Presença de agregados grumosos e indícios de alta atividade biológica.

Porosidade presente e perceptível.

19.6 Cálculos

19.6.1 Índice de qualidade estrutural de amostra do solo (IQEA)

Em que:

IQEA – índice de qualidade estrutural de amostra de solo.

EC – espessura de cada camada, em cm (o número de camadas pode variar de 1 a 3).

Qec – nota de qualidade estrutural atribuída a cada camada.

Etotal – espessura/profundidade total da amostra (padronizada em 25 cm).

19.6.2 Índice de qualidade estrutural do solo (IQES)

Em que:

IQES – índice de qualidade estrutural do solo na área/gleba avaliada.

IQEA – nota de qualidade estrutural atribuída às amostras, de 1 até n.

n – número total de amostras (definido com base no item 19.4.2).

19.7 Recomendações

A partir do IQES determinado para uma dada gleba, é possível propor alterações no manejo dessa gleba, com vistas à recuperação, manutenção e/ou melhoria da qualidade estrutural do solo a partir das interpretações e recomendações simplificadas para cada classe de IQES (Tabela 2).

Independentemente da condição estrutural do solo, sistemas de produção envolvendo a rotação de pastagem e culturas anuais são excelentes alternativas para melhoria da estrutura do solo devido à ação do sistema radicular das forrageiras (Salton; Tomazi, 2014). As raízes das gramíneas são muito eficazes na formação de agregados estáveis e porosos e são essenciais no estágio inicial de recuperação do solo, principalmente, após as operações para descompactação do solo. A permanência de gramíneas por pelo menos 1 ano, e de preferência sob pastejo, tem apresentado melhores resultados.

19.8 Observação

Mais informações e detalhamento para aplicação do método DRES podem ser obtidas em Ralisch et al. (2017).

19.9 Referências

DEXTER, A. R. Advances in characterization of soil structure. Soil and Tillage Research, v. 11, n. 3/4, p. 199-238, Jun. 1988.

GUIMARÃES, R. M. L; BALL, B. C.; TORMENA, C. A. Improvements in the visual evaluation of soil structure. Soil Use and Management, v. 27, n. 3, p. 395-403, Sept. 2011.

RALISCH, R.; DEBIASI, H.; FRANCHINI, J. C.; TOMAZI, M.; HERNANI, L. C.; MELO, A. da S.; SANTI, A.; MARTINS, A. L. da S.; BONA, F. D. de. Diagnóstico rápido da estrutura do solo - DRES. Londrina: Embrapa Soja, 2017. 63 p. (Embrapa Soja. Documentos, 390).

SALTON, J. C.; TOMAZI, M. Sistema radicular de plantas e qualidade do solo. Dourados: Embrapa Agropecuária Oeste, 2014. 6 p. (Embrapa Agropecuária Oeste. Comunicado técnico, 198).

SANTOS, R. D. dos; LEMOS, R. C. de; SANTOS, H. G. dos; KER, J. C.; ANJOS, L. H. C. dos; SHIMIZU, S. H. Manual de descrição e coleta de solo no campo. 6. ed. rev. e ampl. Viçosa, MG: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2013. 100 p.

TAVARES FILHO, J.; RALISCH, R.; GUIMARÃES, M. F.; MEDINA, C. C.; BALBINO, L. C.; NEVES, C. S. V. J. Método do perfil cultural para avaliação do estado físico de solos em condições tropicais. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 23, n. 2, p. 393-399, 1999.

19.10 Anexos

Figura 1. Formulário de campo para diagnóstico rápido da estrutura do solo.

Fonte: Adaptado de Ralish et al. (2017)

Figura 2. Detalhe da retirada da amostra de solo no campo com pá de corte.

Foto: Adoildo da Silva Melo.

Figura 3. Disposição correta da amostra na bandeja plástica.

Foto: Adoildo da Silva Melo.

Figura 4. Camadas de solo com características morfológicas distintas identificadas e separadas.

Foto: Adoildo da Silva Melo.

Figura 5. Chave de classificação para atribuição das notas de qualidade estrutural de cada camada (Qec).

Fonte: Adaptado de Ralish et al. (2017)

Figura 6. Agregados com evidências de feições de degradação.

Fotos: Adoildo da Silva Melo (a); Hudson Lissoni Leonardo (b) e Henrique Debiasi (c).

Figura 7. Agregados com evidências de feições de conservação/recuperação.

Fotos: Adoildo da Silva Melo (a); Henrique Debiasi (b) e Michely Tomazi (c).

Tabela 1. Atribuição das notas de qualidade estrutural de cada camada da amostra de solo (Qec).

Condição inicial

Amostra com evidências de conservação/recuperação

Amostra com evidências de degradação

Notas

Nota 6

Nota 5

Nota 4

Nota 3

Nota 2

Nota 1

Tamanho do agregado

Mais de 70% de agregados com 1 a 4 cm

50% a 70% agregados de 1 a 4 cm

Menos de 50% agregados de 1 a 4 cm

Menos de 50% de agregados menores que 1 cm e maiores que 7 cm

50% a 70% de agregados menores que 1 cm e maiores que 7 cm

Mais de 70% de agregados menores que 1 cm e maiores que 7 cm

Características da estrutura

Estrutura friável, agregados muito grumosos e porosos, com atividade biológica alta. Raízes abundantes e bem distribuídas na camada avaliada, sem deformações ocasionadas por impedimentos físicos, crescendo através dos agregados

Estrutura friável, agregados grumosos e porosos, com mediana atividade biológica. Raízes bem distribuídas na camada avaliada, podendo apresentar poucos sinais de restrição ao crescimento. As raízes crescem predominantemente através dos agregados

Estrutura friável, pouco grumosa, poucos poros e fraca atividade biológica. Raízes podem apresentar algum impedimento ao desenvolvimento

Estrutura coesa nos agregados grandes, e muito solta entre os agregados menores que 1 cm. Predomínio de agregados com faces planas, com poucos poros e atividade biológica. Pode apresentar raízes achatadas com dificuldade para desenvolvimento pleno na camada avaliada

Estrutura coesa nos agregados grandes, e muito solta entre os agregados menores que 1 cm. Predomínio de agregados com faces planas, com alguns poros e pouca atividade biológica. Desenvolvimento radicular limitado, com predomínio de raízes achatadas com dificuldade para penetração no interior dos agregados

Estrutura coesa nos agregados grandes e muito solta entre os agregados menores que 1 cm. Predomínio de agregados com faces planas, sem poros visíveis e atividade biológica. Forte restrição ao desenvolvimento radicular, com predomínio de raízes achatadas, crescendo preferencialmente nas fissuras entre os agregados

Gradiente

Grumosidade, atividade biológica, porosidade, raízes bem desenvolvidas
←—————————

Superfícies planas, raízes achatadas, solos desagregados ou compactados
—————————→

Fonte: Adaptado de Ralish et al. (2017)

Tabela 2. Índice de qualidade estrutural do solo (IQES) para a gleba avaliada, interpretações e recomendações.

IQES

Qualidade estrutural

Recomendação de melhorias

6,0-5,0

Muito boa

Manter o sistema de manejo utilizado, atentando para a possibilidade de adoção de novas tecnologias conservacionistas

4,0-4,9

Boa

Intensificar o uso de sistemas diversificados de produção com alta capacidade de aporte de fitomassa aérea e raízes (ex.: gramíneas). Verificar se não há necessidade de interferir na estratégia de rotação e consorciação de culturas adotada no sistema de produção

3,0-3,9

Regular

Aprimorar o sistema de produção ampliando a diversificação de espécies vegetais com alta capacidade de aporte de fitomassa aérea e raízes (ex.: gramíneas) e evitar/eliminar operações mecanizadas no preparo do solo. Gerenciar as operações mecanizadas visando redução de tráfego

2,0-2,9

Ruim

Realizar um diagnóstico da área, incluindo as condições químicas e físicas no perfil, revisando as práticas conservacionistas do solo (ex.: terraceamento, alocação de estradas e operações em nível). Rever e aprimorar o sistema de produção utilizado, aumentando a diversidade de espécies vegetais e priorizando culturas com alta capacidade de aporte de biomassa aérea do solo e raízes (ex.: gramíneas). Na recuperação do solo, preferir o uso de plantas recuperadoras do solo, em relação ao emprego de práticas mecânicas. Evitar operações de preparo de solo mesmo as realizadas esporadicamente. Racionalizar o tráfego de máquinas agrícolas

1,0-1,9

Muito ruim

Realizar um diagnóstico aprofundado da área, incluindo as condições químicas e físicas no perfil; adotar e/ou readequar as práticas conservacionistas mecânicas (ex.: terraceamento, alocação de estradas, operações em nível) e vegetativas (cultivo em nível, faixas de retenção, consorciação e rotação de culturas) do solo. Repensar o sistema de produção utilizado. Adotar estratégias integradas de recuperação que envolvam sistemas diversificados de produção com alta capacidade de aporte de fitomassa aérea e raízes, podendo requerer intervenções mecânicas de recuperação física do solo, desde que adotadas criteriosamente, considerando a umidade do solo, as condições do equipamento e a velocidade adequada, entre outras. Inclusão de gramíneas no sistema, de preferência com pastejo, com correto manejo da pastagem e ajuste de lotação, visando intensificar a recuperação da estrutura do solo. Uso de adubação orgânica de forma criteriosa pode ajudar

Parte II
Análises Químicas

— Capítulo 1 —
pH do solo

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Marcelo Francisco Costa Saldanha

1.1 Introdução

O pH do solo é uma determinação da concentração de íons H+ na solução do solo, que tem influência na disponibilidade de nutrientes.

1.2 Princípio

Medição do potencial hidrogeniônico por meio de eletrodo combinado imerso em suspensão solo:líquido (água, KCl ou CaCl2), na proporção 1:2,5.

1.3 Material e Equipamentos

Bastão de vidro.

Pipeta.

Balão volumétrico de 1 L.

Copo plástico de 100 mL ou tubo de centrífuga de fundo cônico tipo Falcon de 50 mL, com tampa.

Balança analítica.

Potenciômetro com eletrodo combinado de vidro.

1.4 Reagentes e Soluções

Solução de KCl 1 mol L-1 – dissolver 74,5 g de KCl em água destilada ou deionizada e completar o volume para 1 L.

Solução padrão de CaCl2 1 mol L-1 – pesar 147 g de CaCl2.2H2O para cada 1 L de solução. Adicionar água destilada ou deionizada, agitar, deixar esfriar e completar o volume.

Solução de CaCl2 0,01 mol L-1 – pipetar 10 mL da solução padrão de CaCl2 1 mol L-1, colocar em balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada ou deionizada. Medir a condutividade elétrica dessa solução, que deve de aproximadamente 2,3 mS cm-1.

Soluções padrão pH 4,00 e pH 7,00 – preparar soluções de acordo com orientação do fabricante.

1.5 Procedimento1

Pesar 10 g de solo (TFSA) e adicionar em copo plástico de 100 mL.

Adicionar 25 mL de água destilada ou 25 mL de solução salina (KCl 1 mol L-1 ou CaCl2 0,01 mol L-1).

Agitar a amostra com bastão de vidro individual por cerca de 60 s e deixar em repouso 1 hora.

Após o repouso, agitar ligeiramente cada amostra com bastão de vidro ou de teflon, mergulhar os eletrodos na suspensão homogeneizada e proceder a leitura do pH.

1.6 Observações

Ligar o potenciômetro 30 minutos antes de começar a ser usado, para estabilizar a eletrônica do instrumento.

Aferir e calibrar o potenciômetro com as soluções-padrão pH 4,00 e pH 7,00.

Deve-se lavar o eletrodo antes e depois de calibrar o aparelho com as soluções padrão. Lavar o eletrodo entre uma e outra determinação com água destilada com o auxílio de uma pisseta e enxugar delicadamente com papel absorvente.

A cada 20 leituras, aproximadamente, calibrar o potenciômetro novamente com uma das soluções-padrão.

Para horizonte sulfúrico ou material sulfídrico (Solo Tiomórfico) usar a suspensão solo:água 1:1.

Não realizar leitura do pH com tempo de repouso superior a 3 horas, devido ao efeito de oxi-redução.

Os eletrodos devem permanecer imersos em solução, de acordo com orientação do fabricante, quando não estiverem em uso.

Para facilidade operacional, pode-se também usar tubos falcon de 50 mL com tampa em vez de copos plásticos. Nesse caso, após a colocação do solo e a devida solução nos tubos, agitar manualmente vários tubos previamente colocados em uma grade.

1.7 Literatura recomendada

DONAGEMA, G. K.; CAMPOS, D. V. B. de; CALDERANO, S. B.; TEIXEIRA, W. G.; VIANA, J. H. M. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2011. 230 p. (Embrapa Solos. Documentos, 132).

FASSBENDER, H. W. Química de suelos con énfasis en suelos de América Latina. Turrialba: IICA, 1975. 398 p.

JACKSON, M. L. Soil chemical analysis. New York: Prentice Hall, 1958. 498 p.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

PEECH, M. Hydrogen-ion activity. In: BLACK, C. A.; EVANS, D. D.; ESNMINGER, L. E.; CLARK, F. E. (Ed.). Methods of soil analysis: part 2: chemical and microbiological properties. Madison: American Society of Agronomy, 1965. p. 914-926.

SCHOFIELD, R. K.; TAYLOR, A. W. Measurement of the activities of bases in soils. Journal of Soil Science, v. 6, n. 1, p.137-146, Jan. 1955.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

1 Para análises com fins de avaliação da fertilidade do solo, alguns laboratórios optam por substituir a pesagem do solo pela cachimbada. Nesse caso, pode-se medir 10 cm3 de solo em vez de pesar 10 g de solo.

— Capítulo 2 —
FÓSFORO DISPONÍVEL

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Marcelo Francisco Costa Saldanha

2.1 Princípio

Fração do teor total de fósforo no solo, correspondente ao teor utilizado pelas plantas. Formação de complexo fósforo-molíbdico de cor azul obtido após redução do molibdato com ácido ascórbico e determinação por espectrofotometria. Baseia-se no princípio da dissolução de minerais contendo P e/ou deslocamento de P retido nas superfícies sólidas do solo para a solução, por ânions capazes de competir com o P pelos sítios de retenção.

2.2 Material e Equipamentos

Béquer de 250 mL.

Balões volumétricos de 250 mL, 1 L, 2 L e 10 L.

Pipetas.

Erlenmeyer de 125 mL.

Agitador circular horizontal.

Balança analítica.

Espectrofotômetro UV-Vis.

Proveta.

2.3 Reagentes e Soluções

Solução extratora Mehlich-1 (HCl 0,05 mol L-1 e H2SO4 0,0125 mol L-1) – adicionar 41,5 mL de ácido clorídrico concentrado p.a. (d = 1,19 g cm-3 e 37%) e 6,8 mL de ácido sulfúrico p.a. (d = 1,84 g e 98%) em aproximadamente 5 L de água destilada ou deionizada, contidos em balão volumétrico de 10 L; agitar e completar o volume com água. Pode-se usar baldes plásticos previamente aferidos.

Solução ácida de molibdato de amônio (concentrada) – colocar 2 g de subcarbonato de bismuto em aproximadamente 250 mL de água contida em balão volumétrico de 1 L; juntar, rapidamente, 150 mL de ácido sulfúrico concentrado p.a. Verificar se todo o sal de bismuto foi dissolvido. Deixar esfriar. Separadamente, em béquer de 250 mL, dissolver 20 g de molibdato de amônio em 200 mL de água destilada. Transferir imediatamente para o balão volumétrico de 1 L contendo o subcarbonato de bismuto e ácido sulfúrico preparado previamente. Agitar e completar o volume com água.

Solução ácida de molibdato de amônio (diluída) – colocar 300 mL de solução concentrada em balão volumétrico de 1 L e adicionar água destilada ou deionizada até completar o volume. Homogeneizar e guardar em frasco escuro.

Solução padrão de fósforo (25 mg L-1 de P) – pesar 0,2195 g de KH2PO4 p.a., previamente seco em estufa a 105 °C, e colocar em balão volumétrico de 2 L. Adicionar 3 mL de H2SO4 concentrado e completar o volume com água destilada ou deionizada. Estocar.

Soluções padrão de fósforo (diluídas) – (1,0 mg L-1; 2,0 mg L-1; 3,0 mg L-1 e 4,0 mg L-1 de P) – pipetar 10 mL, 20 mL, 30 mL e 40 mL de solução padrão de 25 mg L-1 de P para balões volumétricos de 250,00 mL e completar o volume com a solução extratora Mehlich-1. Usar também a solução extratora pura para obter a concentração de 0,0 mg L-1 de P. Guardar as soluções em frascos tampados, com indicação das concentrações nos rótulos.

2.4 Procedimento2

Pesar 10 g de solo (TFSA) e colocar em Erlenmeyer de 125 mL.

Adicionar 100 mL de solução extratora Mehlich-1 (HCl 0,05 mol L-1 e H2SO4 0,0125 mol L-1).

Agitar durante 5 minutos em agitador circular horizontal.

Deixar decantar durante uma noite.

Pipetar, sem filtrar, 25 mL do extrato e passar para recipiente plástico.

Pipetar 5,00 mL desse extrato e colocar em Erlenmeyer de 125 mL; deixar o restante para determinação de K+ e Na+.

Adicionar 10 mL de solução ácida de molibdato de amônio diluída e aproximadamente 30 mg de ácido ascórbico em pó, como redutor.

Agitar de 1 a 2 minutos em agitador circular horizontal.

Deixar desenvolver a cor durante 1 hora. Em seguida, fazer a leitura da densidade ótica no espectrofotômetro-UV-Vis, usando filtro vermelho (comprimento de onda de 660 nm).

No caso de a amostra possuir elevada concentração de fósforo, deve ser feita a diluição do extrato antes da adição da solução ácida de molibdato de amônio, até que seja possível a leitura no aparelho.

Sempre lavar o pipetador entre uma amostra e outra.

2.5 Cálculo

Em que:

P – concentração de fósforo disponível no solo, em mg kg-1.

L – leitura da amostra, em absorbância.

a – coeficiente angular da reta dos padrões (intercepto).

b – coeficiente linear da reta dos padrões.

d – fator de diluição do extrato de Mehlich (se não for necessária a diluição, considerar d = 1).

Valor 10 – fator que leva em consideração a diluição solo:extrator.

Determinação da curva padrão:

Colocar, em Erlenmeyer de 125 mL, 5,00 mL de cada solução padrão diluída. Adicionar 10 mL da solução ácida de molibdato de amônio diluída e uma “pitada” (aproximadamente 30 mg) de ácido ascórbico. Proceder da mesma forma indicada para a determinação do fósforo no extrato de solo; anotar as leituras (em absorbância) correspondentes a cada padrão. Traçar o gráfico concentração vs absorbância, cruzando-se os valores de concentração de fósforo dos padrões (mg L-1 de P) no eixo das abcissas, e as respectivas leituras, em absorbância, no eixo das ordenadas.

2.6 Observações

Para solos que foram fertilizados com fosfatos naturais, a escolha de extratores ácidos como o Mehlich-1, que dissolvem apatita, pode superestimar os teores de P disponível em solos que receberam tais produtos.

A construção da reta de padrões só é necessária quando as leituras forem realizadas em absorbância ou transmitância. No caso de equipamentos mais modernos, a leitura é feita diretamente em concentração.

Para determinação do P em espectrômetro de emissão ótica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), a leitura pode ser feita diretamente no extrato obtido com a solução Mehlich-1 sem adição da solução ácida de molibdato de amônio usando a solução extratora pura como branco. Se a leitura ultrapassar a concentração do último ponto da curva de calibração, realizar as diluições necessárias levando em conta a diluição efetuada para o cálculo da concentração de P. O valor de concentração obtido deve ser multiplicado por 10 considerando a relação solo:extrator de 1:10.

2.7 Literatura recomendada

DONAGEMA, G. K.; CAMPOS, D. V. B. de; CALDERANO, S. B.; TEIXEIRA, W. G.; VIANA, J. H. M. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2011. 230 p. (Embrapa Solos. Documentos, 132).

MEHLICH, A. Determination of P, Ca, Mg, K, Na and NH4. Raleigh: North Carolina Soil Testing Division, 1953. 195 p.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RAIJ, B. van. New diagnostic techniques, universal soil extractants. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 25, n. 7/8, p. 799-816, 1994.

RAIJ, B. van; BATAGLIA, O. C. Análise química do solo. In: FERREIRA, M. E.; CRUZ, C. P. Micronutrientes na agricultura. Piracicaba: Associação Brasileira para Pesquisa do Potássio e do Fosfato, 1991. p. 333-355.

SÁ JUNIOR, J. P. M.; ARAÚJO, S. M. C.; GALVÃO, S. J.; VASCONCELOS, A. L.; OLIVEIRA, E. S. C. Avaliação de métodos de análise química para fósforo disponível em solos da “Zona Litoral-Mata” de Pernambuco. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Série Agronomia, v. 9, n. 9, p. 27-33,1974.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

2 Para análises com fins de avaliação da fertilidade do solo, alguns laboratórios optam por substituir a pesagem do solo pela cachimbada. Nesse caso, pode-se medir 10 cm3 de solo em vez de pesar 10 g de solo. A expressão do resultado, nesse caso, seria mg dm-3.

— Capítulo 3 —
CÁTIONS TROCÁVEIS

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Silmara Rossana Bianchi

Daniel Vidal Pérez

Marcelo Francisco Costa Saldanha

3.1 Al3+, Ca2+ e Mg2+trocáveis

3.1.1 Princípio

Os cátions trocáveis (Al3+, Ca2+ e Mg2+) são determinados utilizando-se uma solução extratora, em que o método do KCl 1 mol L-1 é o preferencial. Esses cátions adsorvidos são então analisados por métodos volumétricos, de emissão ou absorção atômica.

3.1.2 Extração

3.1.2.1 Material e Equipamentos

Balões volumétricos de 1 L e de 2 L.

Erlenmeyer de 125 mL.

Funil de haste longa.

Béquer de 3 L.

Balança analítica.

Bureta volumétrica ou digital.

Agitador horizontal circular.

Potenciômetro.

3.1.2.2 Reagentes e Soluções

Solução de KCl 1 mol L-1 – pesar 74,56 g de cloreto de potássio (KCl), previamente seco em estufa, para cada litro de solução a ser preparada.

3.1.2.3 Procedimento3

Pesar 10,0 g de solo (TFSA), colocar em Erlenmeyer de 125 mL e adicionar 100 mL de solução de KCl 1 mol L-1.

Agitar durante 5 minutos em agitador horizontal circular.

Depois da agitação, deixar em repouso durante uma noite.

Pipetar para Erlenmeyers de 125 mL três alíquotas de 25,00 mL da parte sobrenadante da solução extratora, para determinação do alumínio extraível, cálcio + magnésio e cálcio trocáveis.

Obs.: a pequena solubilidade dos carbonatos alcalino-terrosos no KCl 1 mol L-1 possibilita o emprego do método do KCl 1 mol L-1 em solos com calcário.

3.1.3 Determinação

3.1.3.1 Alumínio trocável

3.1.3.1.1 Princípio

Extração com solução KCl 1 mol L-1 e determinação volumétrica com solução diluída de NaOH.

3.1.3.1.2 Material e Equipamentos

Gral de quartzo.

Balão volumétrico de 100 mL e de 1 L.

Erlenmeyer de 125 mL.

Pipeta volumétrica de 25 mL.

Balança analítica.

Bureta volumétrica ou digital.

3.1.3.1.3 Reagentes e Soluções

Indicador azul de bromotimol – pesar 0,1 g do indicador, colocar em gral de quartzo e adicionar 1,6 mL de NaOH 0,1 mol L-1. Triturar até a dissolução completa. Caso a cor verde desapareça, adicionar algumas gotas de NaOH. Passar o resíduo para balão volumétrico de 100 mL e completar o volume com água. Homogeneizar.

Solução de NaOH 1,0 mol L-1 – pesar 40 g de NaOH sólido e transferir para balão volumétrico de 1 L. Dissolver e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de NaOH 0,025 mol L-1 – pipetar 25 mL da solução de NaOH 1 mol L-1 e transferir para balão volumétrico de 1 L, completando o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar. Padronizar a solução.

Solução padrão primário de biftalato de potássio (KHC8H4O4) 0,0250 mol L-1 – pesar 0,5106 g de biftalato de potássio (hidrogeno ftalato de potássio), previamente seco em estufa a 100 °C por 2 horas. Adicionar aproximadamente 20 mL de água destilada ou deionizada e aquecer até 40 °C. Transferir para balão volumétrico de 100 mL. Completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Indicador fenolftaleína 1% – dissolver 1 g do indicador em álcool etílico, completando o volume para 100 mL com álcool etílico em balão volumétrico. Homogeneizar.

3.1.3.1.3.1 Padronização da solução de NaOH 0,025 mol L-1

Pipetar 25,00 mL da solução padrão de biftalato de potássio 0,0250 mol L-1 e transferir para Erlenmeyer de 125 mL. Adicionar três gotas do indicador fenolftaleína. Titular com a solução de NaOH 0,025 mol L-1 até o surgimento da cor levemente rosada.

Em que:

[NaOHpad] – concentração da solução padronizada de NaOH, em mol L-1.

[BifK] – concentração da solução padrão primário de biftalato de potássio = 0,0250 mol L-1.

V – volume da solução de NaOH 0,025 mol L-1 gasto na padronização, em mL.

3.1.3.1.4 Procedimento

Em uma das alíquotas de 25,00 mL obtidas na extração com KCl 1 mol L-1 (item 3.1.2.3), adicionar três gotas do indicador azul de bromotimol e titular com solução padronizada de NaOH 0,025 mol L-1, até que a coloração passe de amarelo para verde-azulada persistente.

3.1.3.1.5 Cálculo

Em que:

Al3+ – concentração de alumínio trocável no solo, em cmolc kg-1.

V – volume da solução padronizada de NaOH gasto na titulação, em mL.

f – fator de correção considerando a padronização da solução de NaOH em que f = [NaOHpad] x 40

[NaOHpad] – concentração da solução padronizada de NaOH, em mol L-1.

Valor 40 – equivale a 4 x 100 / 10, sendo o 4 vindo da divisão de 100 mL da solução extratora por 25 mL pipetado, 100 vindo da mudança de 10 g para 1 kg de solo e 10 da mudança de mmolc kg-1 para cmolc kg-1.

3.1.3.1.6 Observações

Caso a concentração da solução padronizada de NaOH seja a mesma concentração teórica preparada, ou seja, 0,025 mol L-1, o fator f será igual a 1, e concentração de Al3+ será igual ao volume da solução de NaOH gasto na titulação da amostra.

No caso de solos ricos em matéria orgânica, a determinação por espectrometria de absorção atômica é mais indicada, visto que os íons hidrogênio dissociados durante a extração com KCl são também dosados no método volumétrico.

A solução de NaOH 0,025 mol L-1 deve ser previamente padronizada e protegida do ar para evitar carbonatação.

3.1.3.2 Cálcio + magnésio trocáveis determinados por complexometria

3.1.3.2.1 Princípio

Extração com solução de KCl 1 mol L-1 e determinação complexométrica em presença dos indicadores negro de eriocromo e murexida ou calcon.

3.1.3.2.2 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 1 L.

Erlenmeyer de 125 mL.

Pipeta graduada ou proveta de 10 mL.

Pipeta volumétrica de 25 mL.

Bureta volumétrica ou digital.

Balança analítica.

Placa aquecedora.

3.1.3.2.3 Reagentes e Soluções

Solução tampão pH 10 – dissolver 67,5 g de NH4Cl em 200 mL de água destilada ou deionizada e colocar em balão volumétrico de 1 L. Adicionar 600 mL de NH4OH concentrado, 0,616 g de MgSO4.7H2O e 0,930 g de EDTA, sal dissódico. Agitar bem até dissolver e completar o volume com água. Verificar a “neutralidade” da solução em relação ao EDTA e ao magnésio, colocando 50 mL de água em Erlenmeyer de 125 mL, 3 mL da solução tampão e quatro gotas de negro de eriocromo; a cor avermelhada deverá tornar azul puro pela adição de uma gota do EDTA 0,0125 mol L-1.

Coquetel tampão (Solução tampão, trietanolamina e cianeto de potássio) – misturar 300 mL da solução tampão pH 10 com 300 mL de trietanolamina e 50 mL de cianeto de potássio a 10%. Agitar e guardar em frasco próprio.

Atenção: o cianeto de potássio é um sal que deve ser manuseado em meio alcalino. A solução de cianeto deve ser sempre preparada com água previamente alcalinizada com NaOH. Em meio neutro ou ácido, o cianeto de potássio reage com os íons H+ formando HCN, gás castanho tóxico, com odor de amêndoas doces, que pode matar por asfixia em baixíssimas concentrações. Em função disso, todas as precauções necessárias devem ser tomadas tanto na preparação da solução quanto no seu descarte.

Solução de EDTA 0,0125 mol L-1 – pesar 4,653 g de EDTA p.a. previamente seco em estufa e dissolver em água destilada ou deionizada contida em balão volumétrico de 1 L, completando o volume. Padronizar a solução.

Indicador negro de eriocromo – dissolver 100 mg do indicador em 25 mL de álcool metílico contendo 16 g de bórax por litro. Essa solução deve ser usada recém-preparada devido à facilidade de se deteriorar com o tempo.

Murexida – pesar 0,5 g do indicador, colocar em gral de porcelana e misturar com 100 g de sulfato de potássio seco em pó, triturando bem. Guardar em vidro escuro.

Solução de KCN ou KOH a 10% – pesar 100 g do sal, colocar em balão volumétrico de 1 L contendo água destilada ou deionizada, dissolver completamente e completar o volume. Homogeneizar.

Solução padrão de CaCO3 0,0125 mol L-1 – pesar 1,250 g de CaCO3, colocar em béquer de 400 mL. Umedecer com água destilada ou deionizada. Adicionar, gota a gota, HCl p.a. concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%), até cessar a efervescência. Aquecer ligeiramente para facilitar a dissolução. Deixar esfriar. Transferir para balão volumétrico de 1 L, lavando o béquer várias vezes com água. Completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

3.1.3.2.3.1 Padronização da solução de EDTA 0,0125 mol L-1

Pipetar 25,00 mL da solução padrão de CaCO3 0,0125 mol L-1 e transferir para Erlenmeyer de 125 mL. Adicionar 4 mL do coquetel tampão, 30 mL de água destilada ou deionizada, três gotas do indicador negro de eriocromo. Titular com a solução de EDTA 0,0125 mol L-1 até que a cor vire de vermelho vinho para azul.

Em que:

[EDTApad] – concentração da solução padronizada de EDTA, em mol L-1.

[CaCO3] – concentração da solução padrão primário de carbonato de cálcio 0,0125 mol L-1.

V – volume da solução de EDTA gasto na padronização/titulação, em mL.

3.1.3.2.4 Procedimento

Em uma das alíquotas de 25,00 mL obtida na extração com KCl 1 mol L-1 (3.1.2.3), adicionar 4 mL do coquetel tampão (cianeto de potássio, trietanolamina e solução tampão).

Adicionar aproximadamente 30 mg de ácido ascórbico e três gotas do indicador negro de eriocromo.

Titular imediatamente após a adição do indicador com a solução padronizada de EDTA 0,0125 mol L-1, até viragem da cor vermelho-arroxeada para azul puro ou esverdeado (com essa titulação são determinados conjuntamente Ca2+ e Mg2+).

Anotar o volume da solução de EDTA gasto na titulação.

3.1.3.2.5 Cálculo

Em que:

[Ca2+ + Mg2+] – concentração de Ca2+ + Mg2+ trocáveis no solo, em cmolc kg-1.

V – volume da solução padronizada de EDTA gasto na titulação, em mL.

f – fator de correção considerando a padronização da solução de EDTA 0,0125 mol L-1.

f – [EDTApad] x 80.

[EDTApad] – concentração da solução padronizada de EDTA, em mol L-1.

Valor 80 – equivale a 4 x 100 x 2 / 10, sendo o 4 vindo da divisão de 100 mL da solução extratora por 25 mL pipetado, 100 vindo da mudança de 10 g para 1 kg de solo, 2 da carga do cátion e 10 da mudança de mmolc kg-1 para cmolc kg-1.

3.1.3.2.6 Observação

Caso a concentração da solução padronizada de EDTA seja a mesma concentração teórica preparada, ou seja, 0,0125 mol L-1, o fator f será igual a 1 e concentração de Ca2+ + Mg2+ será igual ao volume gasto da solução de EDTA na titulação da amostra.

3.1.3.3 Cálcio e magnésio trocável

3.1.3.3.1 Cálcio trocável determinado por complexometria

3.1.3.3.1.1 Princípio

Extração com solução KCl 1 mol L-1 e determinação complexométrica em presença do indicador ácido calconcarbônico + sulfato de sódio (calcon).

3.1.3.3.1.2 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 1 L.

Pipeta volumétrica de 25 mL.

Pipeta graduada ou proveta de 10 mL.

Erlenmeyer de 125 mL.

Gral de porcelana.

Bureta volumétrica ou digital.

Balança analítica.

3.1.3.3.1.3 Reagentes e Soluções

Ácido ascórbico

Solução de EDTA 0,0125 mol L-1 – pesar 4,653 g de EDTA p.a. previamente seco em estufa e dissolver em água destilada ou deionizada contida em balão volumétrico de 1 L, completando o volume. Padronizar a solução conforme item 3.1.3.2.3.1.

Solução de KOH 10% – pesar 100 g de KOH. Passar para balão volumétrico de 1 L, adicionar água destilada ou deionizada, homogeneizar e completar o volume com água.

Indicador ácido calconcarbônico + sulfato de sódio – pesar 99,0 g de sulfato de sódio anidro p.a. e colocar em gral de porcelana. Adicionar 1 g de ácido calconcarbônico (C21H14N2O7S). Triturar bem a mistura até obter um pó fino e homogêneo. Guardar em frasco escuro.

3.1.3.3.1.4 Procedimento

Em uma das alíquotas de 25,00 mL obtida na extração com KCl 1 mol L-1 (item 3.1.2.3), adicionar 3 mL de KOH a 10% e uma “pitada” de ácido ascórbico (aproximadamente 30 mg) e uma “pitada” do indicador ácido calconcarbônico + sulfato de sódio.

Titular com solução padronizada de EDTA 0,0125 mol L-1 até viragem da cor de vermelho intenso para azul intenso.

Anotar o volume de EDTA gasto.

3.1.3.3.1.5 Cálculo

Em que:

Ca2+ – concentração de cálcio trocável no solo, em cmolc kg-1.

V – volume da solução padronizada de EDTA gasto na titulação, em mL.

f – fator de correção considerando a padronização da solução de EDTA 0,0125 mol L-1.

f – [EDTApad] x 80.

[EDTApad] – concentração da solução padronizada de EDTA, em mol L-1.

Valor 80 – equivale a 4 x 100 x 2 / 10, sendo o 4 vindo da divisão de 100 mL da solução extratora por 25 mL pipetado, 100 vindo da mudança de 10 g para 1 kg de solo, 2 da carga do cátion e 10 da mudança de mmolc kg-1 para cmolc kg-1.

Obs.: Caso a concentração da solução padronizada de EDTA seja a mesma concentração teórica preparada, ou seja, 0,0125 mol L-1, o fator f será igual a 1 e concentração de Ca2+ no solo será igual ao volume gasto da solução de EDTA na titulação da amostra.

3.1.3.3.2 Magnésio trocável determinado por complexometria

3.1.3.3.2.1 Cálculo

Diferença entre os valores de (Ca2+ + Mg2+) e Ca2+, determinados por complexometria.

Em que:

Mg2+ – concentração de Mg2+ trocável no solo, em cmolc kg-1.

(Ca2+ + Mg2+) – concentração de Ca2+ + Mg2+ trocáveis no solo, em cmolc kg-1 (item 3.1.3.2.5).

Ca2+ – concentração de Ca2+ trocável no solo, em cmolc kg-1 (item 3.1.3.3.1.5).

3.1.3.3.3 Cálcio e magnésio trocáveis determinados por espectrometria de absorção atômica

3.1.3.3.3.1 Princípio

Extração com solução KCl 1 mol L-1 e determinação por espectrometria de absorção atômica.

3.1.3.3.3.2 Material e Equipamentos

Pipeta.

Erlenmeyer de 20 mL.

Balão volumétrico de 1 L.

Balança analítica.

Espectrômetro de absorção atômica com chama.

3.1.3.3.3.3 Reagentes e Soluções

Solução de lantânio (1 g L-1) – pesar 1,1728 g de La2O3. Umedecer com água destilada e transferir, com lavagens sucessivas, para balão volumétrico de 1 L. Adicionar, aos poucos, HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) até verificar a completa dissolução do óxido. Completar o volume com água destilada ou deionizada.

Nota: ao invés de La2O3, pode-se usar o LaCl3.7H2O. Nesse caso, deve-se calcular a quantidade necessária do sal para obter uma solução com 1 g L-1 de La. O estrôncio pode ser usado em substituição ao lantânio; contudo não tem a mesma eficiência quanto ao controle de interferentes.

Soluções padrão de Ca2+ e Mg2+ – para a preparação, pode-se recorrer a soluções padrão comerciais ou pode-se pesar sais que possuam quantidades conhecidas dos elementos ou o próprio elemento na forma de metal. A primeira opção é a mais prática, sendo que os padrões comercializados encontram-se, em sua maioria, na forma de ampolas, em geral contendo 1,0000 g de Ca2+ ou Mg2+. Normalmente, o conteúdo dessas ampolas é diluído a 1 L com água destilada. Na segunda opção, recomenda-se usar substâncias padrão primário, como o CaCO3 e o magnésio metálico.

Sugere-se usar, além do branco, ao menos três soluções de concentrações conhecidas de Ca2+ e Mg2+, sendo quatro o número mínimo ideal de pontos para construir a curva de calibração (Tabela 1).

Tabela 1. Exemplo de concentrações comumente usadas para construção da curva de calibração.

Solução

Ca

Mg

mg L-1

1

0,50

0,25

2

1,00

0,50

3

2,00

0,75

4

3,00

1,00

Nota: a diluição da solução estoque, para as concentrações desejadas, deve ser feita com KCl 1 mol L-1. Com isso, evita-se o efeito de matriz e diminui-se a possibilidade de ionização de Ca e Mg, fatores que interferem no resultado.

3.1.3.3.3.4 Procedimento

Filtrar a suspensão obtida na extração com KCl 1 mol L-1 (item 3.1.2.3) para Erlenmeyer de 20 mL em papel de filtro Whatman nº 42 ou equivalente, ou aguardar a decantação.

Pipetar 0,1 mL do extrato (sobrenadante) obtido para Erlenmeyer de 20 mL.

Adicionar 4,9 mL de solução de lantânio a 1 g L-1.

Homogeneizar e efetuar a leitura no espectrômetro de absorção atômica com chama.

Nota 1: outras relações extrato e solução de óxido de lantânio podem ser usadas para leitura, pois o que importa é que a concentração de La na solução final de leitura seja de, aproximadamente, 1 g L-1 (Suarez, 1996), embora certos fabricantes indiquem uma concentração final entre 2 g L-1 e 5 g L-1. Nesse caso, os fatores usados no cálculo da concentração de cálcio e magnésio devem ser mudados.
Nota 2: Para preparar curva de calibração, pipetar 0,1 mL de cada solução padrão de Ca e Mg para recipiente de 20 mL. Adicionar 4,9 mL de solução de lantânio 1 g L-1, cuja função é impedir a formação de compostos refratários com Ca2+ e Mg2+. Homogeneizar cada solução. Efetuar as leituras no espectrômetro de absorção atômica.

3.1.3.3.3.5 Cálculos

3.1.3.3.3.5.1 Cálcio trocável por absorção atômica

Em que:

Ca2+ – concentração de cálcio trocável no solo, em cmolc kg-1.

C1 – concentração de Ca2+ na solução analisada, em mg L-1.

Valor 2,5 – equivale a (10 x 50) / 200, sendo o 10 vindo da relação solo/extrator de 10/100; 50 vindo da diluição do extrato com a solução de lantânio (0,1 para 5) e 200 da mudança de mg para cmolc de Ca2+.

3.1.3.3.3.5.2 Magnésio trocável por absorção atômica

Em que:

Mg2+ – concentração de magnésio trocável no solo, em cmolc kg-1.

C2 – concentração de Mg2+ na solução analisada, em mg L-1.

Valor 4,114 – equivale a 10 x 50 / 121,53, sendo o 10 vindo relação solo/extrator de 10/100, 50 vindo da diluição do extrato com a solução de lantânio (0,1 para 5) e 121,53 da mudança de mg para cmolc de Mg2+.

3.2 Potássio e sódio trocáveis

3.2.1 Princípio

Extração com solução Mehlich-1 e posterior determinação por espectrofotometria de chama.

3.2.2 Material e Equipamentos

Balões volumétricos de 50 mL e de 1 L.

Balança analítica.

Fotômetro de chama.

3.2.3 Reagentes e Soluções

Solução padrão de KCl e NaCl 10 cmolc L-1 – pesar 7,46 g de KCl e 5,85 g de NaCl previamente seco em estufa e dissolver em solução extratora de Mehlich-1 até completar o volume de 1 L. Homogeneizar.

Solução padrão de KCl e NaCl 0,1 cmolc L-1 – pipetar 10,00 mL da solução padrão de KCl e NaCl 10 cmolc L-1 e transferir para balão volumétrico de 1 L. Completar o volume usando solução extratora de Mehlich-1 (item 2.3). Homogeneizar.

Soluções padrão diluídas de K+ e Na+ – pipetar para balões volumétricos de 50,00 mL as seguintes quantidades da solução anterior: 5,00 mL; 10,00 mL; 15,00 mL e 20,00 mL. Completar o volume com solução extratora de Mehlich-1. Transferir para frascos e anotar no rótulo as concentrações de 0,01 cmolc L-1; 0,02 cmolc L-1; 0,03 cmolc L-1 e 0,04 cmolc L-1 de K+ e Na+, respectivamente.

Solução extratora de Mehlich-1 – Preparar conforme item 2.3.

3.2.4 Procedimento4

Utilizar o extrato obtido no item 2.4.

Passar o extrato de solo obtido com solução de Mehlich-1 no fotômetro de chama. Anotar a leitura.

Caso a leitura ultrapasse o valor do padrão de maior concentração (ou do limite de detecção do aparelho quando ele dá leitura direta em concentração), fazer a diluição da amostra. Levar em conta a diluição efetuada quando calcular concentração de K+.

Fazer também uma prova em branco utilizando a solução extratora pura.

3.2.5 Cálculo

3.2.5.1 Para fotômetros que dão leitura direta em concentração (meq L-1, cmolc L-1 ou mg L-1)

ou

ou

Em que:

L1 – leitura da amostra (para sódio ou potássio), em meq L-1.

L2 – leitura da amostra (para sódio ou potássio), em mg L-1.

L3 – leitura da amostra (para sódio ou potássio), em cmolc L-1.

d – fator de correção que considera a diluição do extrato de leitura, quando necessário.

3.2.5.2 Para fotômetros que não dão leitura direta em concentração

Em que:

L – leitura da amostra (para sódio ou potássio).

a – coeficiente angular da reta de padrões (intercepto).

b – coeficiente linear da reta de padrões.

d – fator de correção que considera a diluição do extrato de leitura.

3.2.6 Observações

Nos fotômetros mais modernos, é possível fazer a calibração para leitura simultânea do sódio e potássio.

Em fotômetros que dão leitura direta em concentração, para avaliar sua calibração, é recomendado checar a leitura de padrões de concentração conhecida (que podem também ser adquiridos no mercado). Caso a leitura dos padrões não esteja em conformidade com a concentração, deve-se checar o funcionamento de alguns itens de funcionamento básico do equipamento, como: mangueira de aspiração de amostra, pressão da bomba de vácuo e estabilidade da chama. Caso esteja tudo funcionando normalmente e ainda assim a divergência de valores continue, deve-se realizar nova linearização da curva, conforme indicação do fabricante.

Caso não seja necessário proceder a diluição do extrato da amostra para a leitura, deve-se adotar no cálculo o valor de d=1.

Quando o fotômetro não dá leitura direta em concentração, é necessário preparar a reta de padrões para cálculo dos coeficientes angular e linear da reta.

Para obtenção desses coeficientes, preparar quatro soluções padrão de K+, contendo cada uma 0,01 cmolc L-1; 0,02 cmolc L-1; 0,03 cmolc L-1 e 0,04 cmolc L-1 de Na+ e K+. Usar a solução extratora de Mehlich-1 pura para a concentração de 0,00 cmolc L-1.

Passar essas cinco soluções no fotômetro e anotar os valores das leituras, sendo recomendável que a leitura do padrão de 0,02 cmolc L-1 de K+ represente exatamente a metade da escala do galvanômetro.

Elaborar gráfico leitura vs concentração, sendo as concentrações dos padrões colocadas no eixo das abcissas, e as leituras, no eixo das ordenadas.

Descontar o valor da prova em branco.

A solução padrão de sódio pode ser preparada isoladamente; entretanto, como as determinações dos trocáveis envolvem as duas determinações (Na+ e K+), por praticidade, pode ser feita uma só solução padrão contendo os dois cátions. Quando se tratar de solos muito ricos em Na+, há necessidade de se realizar várias diluições para poder atingir a escala do aparelho.

3.3 Literatura recomendada

BARNHISEL, R.; BERTSCH, P. M. Aluminum. In: PAGE, A. L.; MILLER, R. H.; KEENEY, D. R. (Ed.). Methods of soil analysis: part 2: chemical and microbiological properties. 2nd ed. Madison: Soil Science Society of America, 1982. p. 275-300.

BERNARDI, A. C. de C.; SOARES, R.; ESCALEIRA, V. Comparação de técnicas analíticas para a determinação de cálcio, magnésio e alumínio trocáveis em amostras de solos. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2003. 6 p. il. color. (Embrapa Solos. Circular técnica, 21).

BLACK, C. A. (Ed.). Methods of soil analysis. Madison: American Society of Agronomy, 1965. 1572 p.

CASTRO, A. F. de; ANASTÁCIO, M. de L. A.; BARRETO, W. de O. Potássio disponível em horizontes superficiais de alguns solos brasileiros. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Série Agronomia, v. 7, n. 6, p. 75-80, 1972.

CATANI, R. A.; KÜPPER, A. Algumas características químicas dos solos do Estado de São Paulo e sua interpretação analítica. Bragantia, v. 6, n. 4, p. 147-164, 1946.

DANTAS, M. S. Determinação dos cátions permutáveis em solos contendo sais solúveis. Recife: Instituto Agronômico do Nordeste, 1961. (IAN. Boletim técnico, 15).

DEL NEGRO, G.; VETTORI, L. Análise espectrográfica quantitativa pelo método da chama. Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1938. 44 p. (IQA. Boletim técnico, 3).

DONAGEMA, G. K.; CAMPOS, D. V. B. de; CALDERANO, S. B.; TEIXEIRA, W. G.; VIANA, J. H. M. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2011. 230 p. (Embrapa Solos. Documentos, 132).

FEIGENBAUM, S.; HAGIN, J. Evaluation of methods for determining available soil potassium based on uptake by plants. European Journal of Soil Science, v. 18, n. 2, p. 197-203, Sept. 1967.

HOROWITZ, A. Determinação fotométrica das bases trocáveis do solo. Fortaleza: DNOCS, 1952. 32 p. (Publicação, 151-1A).

INSTRUMENTOS CIENTÍFICOS CG. Espectroscopia de absorção atômica: fundamentos e aplicações. [S.l., 19--]. p. 35, 57.

JUO, A. S. R. Selected methods for soil and plant analysis. Ibadan: International Institute of Agriculture, 1978. 52 p.

JUO, A. S. R.; AYANLAJA, S. A.; OGUNWALE, J. A. An evaluation of cation exchange capacity measurements for soils in the tropics. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 7, n. 8, p. 751-61, 1976.

KAMPRATH, E. J. Exchangeable aluminum as a criterion from liming leached mineral soils. Soil Science Society of America Proceedings, v. 34, n. 2, p. 252-254, 1970.

KASTER, G.; POETSCH, E. Comparação entre agitação e percolação na extração de permutáveis. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 2., 1949, Campinas. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1953. p. 183-187.

LIN, C.; COLEMAN, N. T. The measurement of exchangeable aluminium in soil and clays. Soil Science Society of America Proceedings, v. 29, p. 374-378, 1965.

LOPES, H. D. S. Ensaios sobre determinação do alumínio dos solos com crestamento. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 5., 1955, Pelotas. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1959. p. 105-110.

MCLEAN, E. O.; HEDLESON, M. R.; BARTLETT, R. J.; HOLOWAYCHUK, D. R. Aluminium in soils: I. Extraction methods and magnitud clays in Ohio soils. Soil Science Society of America Proceedings, v. 22, n. 5, p. 382-387, 1958.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

OLMOS, J. I. L.; CAMARGO, M. N. Ocorrência de alumínio tóxico nos solos do Brasil; sua caracterização e distribuição. Ciência e Cultura, v. 28, n. 2, p. 171-180, 1976.

PAIVA NETO, J. E.; CATTANI, R. A.; QUEIROZ, M. S.; KUPPER, A. Contribuição ao estudo de métodos analíticos e de extração para caracterização química dos solos do Estado de São Paulo. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 1., 1947, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1950. p. 79-108.

PAVAN, M. A.; BLOCH, M. F.; ZEMPULSKI, H. C.; MIYAZAWA, M.; ZOCOLER, D. C. Manual de análise química do solo e controle de qualidade. Londrina: Instituto Agronômico do Paraná, 1992. 38 p. (IAPAR. Circular, 76).

RAIJ, B. van; QUAGGIO, J. A. Métodos de análise de solo para fins de fertilidade. Campinas: Instituto Agronômico, 1983. 31 p. (IAC. Boletim técnico, 81).

SHAW, W. M. Determination of exchangeable hidrogen and lime requirement of soils. Journal of the Association of Official Agricultural Chemists, v. 32, p. 437-452, 1949.

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SOLTANPOUR, P. N.; JONES JR, J. B.; WORKMAN, S. M. Optical emission spectrometry. In: PAGE, A. L.; MILLER, R. H.; KEENEY, D. R. (Ed.). Methods of soil analysis: part 2: chemical and microbiological properties. 2nd ed. Madison: Soil Science Society of America, 1982. p. 29-65.

SUAREZ, D. L. Beryllium, magnesium, calcium, strontium, and barium. In: SPARKS, D. L. (Ed.). Methods of soil analysis: part 3: chemical methods. Madison: Soil Science Society of America, 1996. p. 575-601. (SSSA Book Series, 5).

TEDESCO, M. J.; GIANELLO, C.; BISSANI, C. A.; BOHNEN, H.; VOLKWEISS, S. J. Análise de solo, plantas e outros materiais. Porto Alegre: UFRGS, 1997. 174 p. (UFRGS. Departamento de Solos, 5).

SOIL SURVEY STAFF. Soil survey laboratory methods and procedures for collecting soil samples. Washington, DC, 1972. 63 p. (USDA. Soil Conservation Service. Soil Survey Investigations. Report, 1).

VERDADE, F. C. Influência da matéria orgânica na capacidade de troca de cátions do solo. Bragantia, v. 15, p. 35-42, 1956.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

3 Para análises com fins de avaliação da fertilidade, alguns laboratórios optam por substituir a pesagem do solo pela cachimbada. Nesse caso, pode-se medir 10 cm3 de solo em vez de pesar 10 g de solo. A expressão do resultado, nesse caso, seria cmolc dm-3.

4 Para análises com fins de avaliação da fertilidade, alguns laboratórios optam por substituir a pesagem do solo pela cachimbada para o processo de extração. Nesse caso, a expressão do resultado seria mg dm-3 ou cmolc dm-3.

— Capítulo 4 —
ACIDEZ POTENCIAL DO SOLO

David Vilas Boas de Campos

Paulo César Teixeira

Daniel Vidal Pérez

Marcelo Francisco Costa Saldanha

4.1 Introdução

A acidez potencial é caracterizada pela soma da acidez trocável (refere-se aos íons H+ e Al3+ que estão retidos na superfície dos coloides por forças eletrostáticas) com a acidez não trocável, que corresponde àquela acidez neutralizada até um determinado valor de pH. A acidez não trocável é representada pelo hidrogênio de ligação covalente, associado aos coloides com carga negativa variável e aos compostos de alumínio. A acidez potencial caracteriza o poder tampão de acidez do solo e sua estimativa acurada é fundamental para se estimar a capacidade de troca catiônica a pH 7,0 (CTC).

4.2 Princípio

Extração da acidez potencial do solo com acetato de cálcio tamponado a pH 7,0 e determinação volumétrica com solução de NaOH em presença de fenolftaleína como indicador.

4.3 Material e Equipamentos

Bureta volumétrica ou digital.

Balões volumétricos de 100 mL, 250 mL e de 1 L.

Pipeta graduada.

Pipeta volumétrica de 25 mL.

Balança analítica.

Agitador horizontal circular.

4.4 Reagentes e Soluções

Indicador fenolftaleína 1% – dissolver 1 g do indicador em álcool etílico, em balão volumétrico de 100 mL, completando o volume com álcool etílico. Armazenar a solução em frasco protegido da luz.

Nota: como os álcoois, em sua maioria, são acidificados, deve-se colocar, na solução preparada, algumas gotas de NaOH 0,1 mol L-1. Se passar do ponto, isto é, se aparecer cor rósea, adicionam-se gotas de HCl 0,1 mol L-1 até a solução ficar novamente incolor.

Solução de hidróxido de sódio 0,025 mol L-1 – pesar 1 g de NaOH sólido e transferir para balão volumétrico de 1 L, completando o volume com água destilada ou deionizada. Padronizar a solução.

Solução de NaOH 0,1 mol L-1 – pesar 0,1 g de NaOH sólido e transferir para balão volumétrico de 250 mL. Completar o volume com água destilada ou deionizada.

Solução de HCl 0,1 mol L-1 – pipetar 2,1 mL de HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) e transferir para balão volumétrico de 250 mL previamente preenchido até a metade com água destilada ou deionizada. Completar o volume com água e homogeneizar.

Solução extratora de acetato de cálcio 0,5 mol L-1 pH 7,1-7,2 – pesar 88,10 g de acetato de cálcio [(CH3COO)2Ca.H2O] p.a. Colocar em balão volumétrico de 1 L. Dissolver e completar o volume com água destilada ou deionizada. Transferir para um béquer e corrigir o pH para 7,1-7,2 com ácido acético glacial, pingando gota a gota e agitando com bastão de vidro.

4.4.1 Padronização da solução de NaOH 0,025 mol L-1

Conforme item 3.1.3.1.3.1.

4.5 Procedimento5

Pesar 5 g de solo (TFSA), colocar em Erlenmeyer de 125 mL e juntar 75 mL de solução de acetato de cálcio 0,5 mol L-1 pH 7,0.

Agitar durante 10 minutos em agitador horizontal circular. Depois da agitação, deixar em repouso durante uma noite.

Pipetar 25,00 mL da solução sobrenadante obtida com acetato de cálcio e transferir para Erlenmeyer de 125 mL (evitar o arraste de partículas de solo).

Adicionar três gotas da solução de fenolftaleína e titular com solução padronizada de 0,025 mol L-1 de NaOH até o desenvolvimento da cor rósea persistente.

Utilizar uma prova em branco para cada série de amostras.

4.6 Cálculo

Em que:

(H+ + Al3+) – acidez potencial do solo, em cmolc kg-1.

Va – volume da solução padronizada de NaOH 0,025 mol L-1 gasto na titulação da amostra, em mL.

Vb – volume da solução padronizada de NaOH 0,025 mol L-1 gasto na titulação da prova em branco, em mL.

Valor 1,65 – fator de correção, decorrente das alíquotas tomadas e da extração de apenas 90% da acidez por este método.

f – fator de correção considerando a padronização da solução de NaOH, em que f = 0,025 / [NaOHpad].

[NaOHpad] – concentração da solução padronizada de NaOH.

4.7 Observação

Caso a concentração da solução padronizada de NaOH seja a mesma concentração teórica preparada, ou seja, 0,025 mol L-1, o fator f será igual a 1.

4.8 Literatura recomendada

CASTRO, A. F. de; ANASTÁCIO, M. de L. A.; BARRETO, W. de O. Potássio disponível em horizontes superficiais de alguns solos brasileiros. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Série Agronomia, v. 7, n. 6, p. 75-80, 1972.

CASTRO, A. F. de; BARRETO, W. de O.; ANASTACIO, M. de L. A. Correlação entre pH e saturação de bases de alguns solos brasileiros. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Série Agronomia, v. 7, n. 6, p. 9-17, 1972.

DONAGEMA, G. K.; CAMPOS, D. V. B. de; CALDERANO, S. B.; TEIXEIRA, W. G.; VIANA, J. H. M. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2011. 230 p. (Embrapa Solos. Documentos, 132).

FREITAS, G. C. Do fósforo na terra e sua dosagem. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 1., 1947, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1950. p.109-144.

MOHR, W. Análise de solos para fins de assistência aos agricultores. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 1., 1947, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1950. p. 185-215.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RAMOS, F.; KEHRIG, A. G. Descrição e crítica dos métodos de análise. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 1., 1947, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1950. p. 583-604.

SETZER, J. As características dos principais tipos de solos do Estado de São Paulo. Bragantia, v. 1, n. 4, p. 255-359, 1941.

VETTORI, L. Determinação da necessidade de cal dos solos. Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1948. 36 p. (IQA. Boletim técnico, 7).

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

5 Para análises com fins de avaliação da fertilidade, alguns laboratórios optam por substituir a pesagem do solo pela cachimbada. Nesse caso, pode-se medir 5 cm3 de solo ao invés de pesar 5 g de solo. A expressão do resultado, nesse caso, seria cmolc dm-3.

— Capítulo 5 —
HIDROGÊNIO EXTRAÍVEL

David Vilas Boas de Campos

Paulo César Teixeira

Daniel Vidal Pérez

Marcelo Francisco Costa Saldanha

5.1 Princípio

O hidrogênio extraível corresponde à diferença entre a acidez potencial e o alumínio trocável do solo.

5.2 Cálculo6

Em que:

H+ – concentração de hidrogênio extraível, em cmolc kg-1.

(H++Al3+) – acidez potencial do solo, em cmolc kg-1 (item 4.6).

Al3+ – concentração de alumínio trocável do solo, em cmolc kg-1 (item 3.1.3.1.5).

5.3 Observação

O hidrogênio extraível é calculado em amostras com pH em água abaixo de 7,0.

5.4 Literatura recomendada

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

PRATT, P. F.; ALVAHYDO, R. Características de permuta de cátions de alguns solos do Estado de São Paulo. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 1, n. 1, p. 401-406, 1966.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

6 Para análises com fins de avaliação da fertilidade, alguns laboratórios optam por substituir a pesagem do solo pela cachimbada no processo de extração. Nesse caso, a expressão do resultado seria cmolc dm-3.

— Capítulo 6 —
COMPLEXO SORTIVO DO SOLO (Soma de Bases Trocáveis, CTC Efetiva, CTC Total, Percentagem de Saturação por Bases)

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Marcelo Francisco Costa Saldanha

Daniel Vidal Pérez

6.1 Introdução

Complexo sortivo do solo é o conjunto de partículas trocadoras de íons no solo.

Os cátions são íons carregados positivamente, como o cálcio (Ca2+), o magnésio (Mg2+), o potássio (K+), o sódio (Na+), o alumínio (Al3+), o ferro (Fe2+), o manganês (Mn2+) e o cobre (Cu2+). A capacidade do solo para manter esses cátions é chamada de capacidade de troca catiônica (CTC). Esses cátions são mantidos pela argila carregada negativamente e partículas de matéria orgânica no solo por meio de forças eletrostáticas (partículas negativas do solo atraem os cátions positivos). Os cátions na CTC das partículas do solo são facilmente trocáveis com outros cátions e, como resultado, são disponíveis para as plantas. Assim, a CTC de um solo representa a quantidade total de cátions trocáveis que o solo pode adsorver.

6.2 VALOR S – Soma de Bases Trocáveis

6.2.1 Princípio

Valor S é o somatório dos teores das bases cálcio, magnésio, potássio e sódio, em cmolc kg-1. Os demais cátions (micronutrientes) podem ser desprezados para o cálculo.

6.2.2 Cálculo7

Em que:

Valor S – soma de bases trocáveis, em cmolc kg-1.

Ca2+, Mg2+, Na+, K+ – teor de cálcio, magnésio, sódio e potássio trocáveis no solo, respectivamente, em cmolc kg-1.

6.2.3 Observação

Se necessário, os teores de K e Na devem ser transformados de mg kg-1 para cmolc kg-1, conforme indicado abaixo:

6.3 CTC Efetiva

6.3.1 Princípio

CTC efetiva corresponde à CTC determinada ao pH natural do solo e pode ser estimada somando-se as quantidades trocáveis dos cátions Ca2+, Mg2+, K+, Na+ e Al3+, os quais são normalmente determinados nas análises químicas do solo.

6.3.2 Cálculo

Em que:

CTC efetiva – capacidade de troca de cátions efetiva, em cmolc kg-1.

Valor S – soma de bases trocáveis, em cmolc kg-1 (item 6.2.2).

Al3+ – concentração de alumínio trocável no solo, em cmolc kg-1
(item 3.1.3.1.5).

6.4 VALOR T – CTC Total (Capacidade de Troca de Cátions Total)

6.4.1 Princípio

Valor T é o total de cargas negativas que o solo pode adsorver, e é determinado pela soma entre o valor S e a acidez potencial (H + Al).

6.4.2 Cálculo8

Em que:

Valor T – capacidade de troca de cátions total, em cmolc kg-1.

Valor S – soma de bases trocáveis, em cmolc kg-1 (item 6.2.2).

(H+ + Al3+) – acidez potencial do solo, em cmolc kg-1 (item 4.6).

6.5 VALOR V (Percentagem de Saturação por Bases)

6.5.1 Princípio

Valor V ou V% indica a proporção da CTC do solo que é preenchida pelas bases trocáveis.

6.5.2 Cálculo

Em que:

Valor V – percentagem de saturação por bases.

Valor S – soma de bases trocáveis, em cmolc kg-1 (item 6.2.2).

Valor T – capacidade de troca de cátions total, em cmolc kg-1 (item 6.4.2).

6.5.3 Observação

O Valor V, ou V%, é utilizado para a caracterização de solos eutróficos e distróficos.

6.6 Literatura recomendada

DONAGEMA, G. K.; CAMPOS, D. V. B. de; CALDERANO, S. B.; TEIXEIRA, W. G.; VIANA, J. H. M. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2011. 230 p. (Embrapa Solos. Documentos, 132).

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RAIJ, B. van. A capacidade de troca de cátions das frações orgânicas e mineral em solos. Bragantia, v.28, p.85-112, 1969.

RAMOS, F. Método de análise de solos. Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1949. 66 p. (IQA. Boletim, 11).

SETZER, J. As características dos principais tipos de solos do Estado de São Paulo. Bragantia, v. 1, n. 4, p. 255-359, 1941.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

7 Para análises com fins de avaliação da fertilidade, alguns laboratórios optam por substituir a pesagem do solo pela cachimbada. Nesse caso, a expressão do resultado seria cmolc dm-3.

8 Para análises com fins de avaliação da fertilidade, alguns laboratórios optam por substituir a pesagem do solo pela cachimbada. Nesse caso, a expressão do resultado seria cmolc dm-3.

— Capítulo 7 —
PERCENTAGEM DE SATURAÇÃO POR ALUMÍNIO

David Vilas Boas de Campos

Paulo César Teixeira

Marcelo Francisco Costa Saldanha

Daniel Vidal Pérez

7.1 Princípio

Saturação por alumínio indica a proporção de alumínio solúvel em relação aos teores de bases trocáveis e alumínio na CTC do solo.

7.2 Cálculo

Em que:

m – percentagem de saturação por alumínio.

Valor S – soma de bases trocáveis, em cmolc kg-1 (item 6.2.2).

Al3+ – concentração de alumínio trocável no solo, em cmolc kg-1 (item 3.1.3.1.5).

7.3 Observação

Esta relação é empregada na determinação do caráter alítico ou alumínico do solo.

7.4 Literatura recomendada

CAMARGO, M. N. Incidência de alumínio permutável nos solos e proporção de ocorrência em diversas regiões do Brasil. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 15., 1975, Campinas. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1976. p. 603-613.

DONAGEMA, G. K.; CAMPOS, D. V. B. de; CALDERANO, S. B.; TEIXEIRA, W. G.; VIANA, J. H. M. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2011. 230 p. (Embrapa Solos. Documentos, 132).

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

SANTOS, H. G. dos; JACOMINE, P. K. T.; ANJOS, L. H. C. dos; OLIVEIRA, V. A. de; LUMBRERAS, J. F.; COELHO, M. R.; ALMEIDA, J. A. de; CUNHA, T. J. F.; OLIVEIRA, J. B. de. Sistema brasileiro de classificação de solos. 3. ed. rev. e ampl. Brasília, DF: Embrapa, 2013. 353 p.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

— Capítulo 8 —
PERCENTAGEM DE SATURAÇÃO POR SÓDIO

David Vilas Boas de Campos

Paulo César Teixeira

Daniel Vidal Pérez

Marcelo Francisco Costa Saldanha

8.1 Princípio

Saturação por sódio indica a proporção de sódio solúvel em relação a CTC total do solo.

8.2 Cálculo

Em que:

Na+ – concentração de sódio trocável no solo, em cmolc kg-1 (item 3.2.5)

Valor T – capacidade de troca de cátions total, em cmolc kg-1 (item 6.4.2).

8.3 Observação

Este valor é utilizado para determinação do caráter sódico e solódico em horizontes ou camadas.

8.4 Literatura recomendada

DONAGEMA, G. K.; CAMPOS, D. V. B. de; CALDERANO, S. B.; TEIXEIRA, W. G.; VIANA, J. H. M. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2011. 230 p. (Embrapa Solos. Documentos, 132).

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RICHARDS, L. A. (Ed.). Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. Washington, DC: USDA, 1954. 160 p. (USDA Agriculture Handbook, 60).

SANTOS, H. G. dos; JACOMINE, P. K. T.; ANJOS, L. H. C. dos; OLIVEIRA, V. A. de; LUMBRERAS, J. F.; COELHO, M. R.; ALMEIDA, J. A. de; CUNHA, T. J. F.; OLIVEIRA, J. B. de. Sistema brasileiro de classificação de solos. 3. ed. rev. e ampl. Brasília, DF: Embrapa, 2013. 353 p.

— Capítulo 9 —
PONTO DE CARGA ZERO (PCZ)

Daniel Vidal Pérez

David Vilas Boas de Campos

Paulo César Teixeira

9.1 Introdução

O ponto de carga zero (PCZ) é o valor de pH em que a adsorção de íons determinantes de potencial (H+ e OH-) é igual. Uma das formas de determiná-lo baseia-se na titulação potenciométrica do solo em diferentes forças iônicas do meio. O PCZ seria, então, o ponto de cruzamento entre essas diferentes curvas eletrolíticas. Realizado dessa forma, o PCZ também seria reconhecido como Ponto de Efeito Salino Nulo (PESN).

Como esse atributo é função das reações de superfície que ocorrem nos coloides de carga variável do solo, admite-se que a magnitude do PCZ reflita a natureza desses coloides. Além disso, o sinal e a magnitude da carga de superfície do solo serã função da diferença entre o pH do solo e o PCZ: se o pH do solo for superior ao PCZ, o solo estará carregado negativamente, apresentando, então, capacidade de troca catiônica (CTC). Se o pH for menor que o PCZ, o solo terá carga positiva e apresentará capacidade de troca aniônica (CTA).

9.2 Princípio

O PCZ é o ponto de cruzamento entre três ou quatro curvas de titulação potenciométricas em soluções eletrolíticas de sais formados por íons indiferentes (NaCl ou KCl).

9.3 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 1 L.

Pipetas de 10, 20 e 100 mL.

Béquer de 100 mL.

Potenciômetro digital, de precisão centesimal.

Balança analítica.

Bureta.

9.4 Reagentes e Soluções

Solução de KCl ou NaCl 0,2 mol L-1 – pesar 14,9 g de KCl ou 11,7 g de NaCl, colocar em balão volumétrico de 1 L contendo 500 mL de água, dissolver o sal e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Soluções de NaCl ou KCl 0,02 mol L-1 – são preparadas a partir das soluções de KCl ou NaCl 0,2 mol L-1. Pipetar 100 mL da solução de KCl ou NaCl 0,2 mol L-1 para balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Soluções de KCl ou NaCl 0,004 mol L-1 – são preparadas a partir das soluções 0,2 mol L-1. Pipetar 20 mL da solução de KCl ou NaCl 0,2 mol L-1 para balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de HCl 0,1 mol L-1 – transferir 8,3 mL de HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) para balão volumétrico de 1 L preenchido previamente com metade de água destilada ou deionizada. Completar o volume. Homogeneizar.

Solução de KOH ou NaOH 0,1 mol L-1 – pesar 5,61 g de KOH ou 4 g de NaOH sólido, transferir para balão volumétrico de 1 L contendo cerca de 500 mL de água destilada ou deionizada. Dissolver e completar o volume com água. Homogeneizar.

9.5 Procedimento

Separar 45 béqueres de 50 mL e, em cada um, colocar 4,0 g de solo e ordená-los em três filas de 15.

Dispor esses frascos em três séries de 15 frascos cada, identificando, convenientemente, cada frasco.

Adicionar solução de KCl aos frascos do seguinte modo: aos frascos da 1ª série, 10 mL da solução 0,2 mol L-1; aos da 2ª série, 10 mL da solução 0,02 mol L-1; e aos da 3ª série, 10 mL da solução 0,004 mol L-1.

Nas três séries, adicionar solução de HCl e KOH de acordo com a Tabela 1 e adicionar água em cada um dos béqueres para completar o volume para 20 mL.

O béquer mediano (no 8) passa a ser chamado de zero, porque só receberá a solução de NaCl ou KCl.

Deixar em equilíbrio durante 24 horas, agitando ocasionalmente, para que a reação de troca atinja o equilíbrio.

Determinar o pH do sobrenadante em todos os frascos. Calcular as adsorções de H+ e OH- adicionados, subtraindo-se dos valores determinados nos brancos correspondentes.

Tabela 1. Esquema de preparo das soluções para determinação do PCZ.

Frasco

Solução

Volume da solução

Volume de água

mL

1

HCl 0,1 mol L-1

3,0

7,0

2

HCl 0,1 mol L-1

2,5

7,5

3

HCl 0,1 mol L-1

2,0

8,0

4

HCl 0,1 mol L-1

1,5

8,5

5

HCl 0,1 mol L-1

1,0

9,0

6

HCl 0,1 mol L-1

0,5

9,5

7

HCl 0,1 mol L-1

0,25

9,75

8

-

-

10,0

9

KOH 0,1 mol L-1

0,25

9,75

10

KOH 0,1 mol L-1

0,5

9,5

11

KOH 0,1 mol L-1

1,0

9,0

12

KOH 0,1 mol L-1

1,5

8,5

13

KOH 0,1 mol L-1

2,0

8,0

14

KOH 0,1 mol L-1

2,5

7,5

15

KOH 0,1 mol L-1

3,0

7,0

Preparar um gráfico em que figurem as três curvas de variação de pH, correspondendo às três séries. Nas abscissas, o pH, e nas ordenadas, as quantidades (em cmolc) utilizadas de HCl e KOH.

A diluição do KCl 0,2 mol L-1; 0,02 mol L-1 e 0,004 mol L-1 (10 mL para 20 mL) faz com que a sua concentração final seja de 0,1 mol L-1; 0,01 mol L-1; e 0,002 mol L-1, respectivamente.

O valor de pH onde as três curvas se cruzarem corresponde ao PCZ.

9.6 Observação

A curva de titulação das três provas em branco (frascos de número oito de cada série) das soluções de KCl 0,1 mol L-1, 0,01 mol L-1 e 0,002 mol L-1 pode ser feita. Para isso, ajusta-se o pH de cada frasco para o pH mais alto lido nas três séries de amostras de solo (pela adição de KOH 0,1 mol L-1), titulando-se com solução padronizada de HCl (0,001 mol L-1). Dessa forma, pode-se descontar as quantidades (em cmolc) utilizadas de KOH e de HCl que será usada na ordenada do gráfico. No entanto, essa quantidade é tão pequena que, em geral, pode-se dispensar essa etapa.

O ponto de cruzamento comum às três curvas de titulação potenciométricas corresponde às adsorções iguais de H+ e OH- e, portanto, ao PCZ.

Pode-se usar, também, solução de NaCl e NaOH em substituição às soluções de KCl e KOH, respectivamente.

9.7 Literatura recomendada

ALLEONI, L. R. F.; CAMARGO, O. A. de. Modelos de dupla camada difusa de Gouy-Chapman e Stern aplicados a latossolos ácricos paulistas. Scientia Agricola, v. 51, n. 2, p. 315-320, 1994.

ALLEONI, L. R. F.; CAMARGO, O. A. de. Ponto de efeito salino nulo: proposição de nomenclatura. Boletim Informativo da Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, v. 18, n. 1, p. 5-11, 1993.

BARRETO, W. de O. Eletroquímica de solos tropicais de carga variável: capacidade da dupla camada elétrica. 1986. 273. f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Itaguaí.

GILLMAN, G. P. A proposed method for the measurement of exchange properties of highly weathered soils. Australian Journal of Soil Research, v. 17, n. 1, p. 129-139, 1979.

MCBRIDE, M. B. Environmental chemistry of soils. New York: Oxford University Press, 1994. 406 p.

PEREZ, D. V.; RAMOS, D. P.; NASCIMENTO, R. A. M.; BARRETO, W. O. Propriedades eletroquímicas de horizontes B texturais. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 17, p. 157-167, 1993.

RAIJ, B. van. Determinação do ponto de carga zero em solos. Bragantia, v. 32, n. 18, p. 337-347, 1973.

RAIJ, B. van; PEECH, M. Eletrochemical properties of some oxisols and alfisols of the tropics. Soil Science Society of America Proceedings, v. 36, n. 4, p. 587-593, 1972.

SIQUEIRA, C. Eletroquímica de solos de carga variável: efeitos da matéria orgânica. 1985. 113 f. Tese (Doutorado) - Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Itaguaí.

SPARKS, D. L. Environmental soil chemistry. San Diego: Academic Press, 2003. 352 p.

SPOSITO, G. The chemistry of soils. New York: Oxford University Press, 1989. 277 p.

TAN, K. H. Principles of soil chemistry. New York: M. Dekker, 1982. 267 p.

UEHARA, G.; GILLMAN, G. The mineralogy, chemistry and physics of tropical soils with variable charge clays. Boulder: Westview, 1981. 170 p. (Westview tropical agriculture series, 4).

VELLOSO, A. C. Características de alguns solos sob vegetação de cerrado da região Amazônica. 1976. 91 f. Tese (Livre Docência) - Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Itaguaí.

VELLOSO, A. C.; LEAL, J. R.; SA NTOS, G. A. Ponto de carga zero de Latossolos cauliníticos e Latossolos gibbsíticos sob cerrado. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 16., 1977, São Luís. Resumos dos trabalhos. São Luís: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1977. p. 33.

— Capítulo 10 —
ATAQUE SULFÚRICO

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Ademir Fontana

10.1 Introdução

O conhecimento do teor total de diversos elementos do solo auxilia a sua caracterização assim como esclarece o conteúdo potencial de alguns nutrientes de plantas.

A solubilização de amostras de solo com H2SO4 1:1, visando à determinação de relações moleculares (Ki e Kr), permite a avaliação de estágios de intemperização de solos e denotam a composição mineralógica da fração argila.

10.2 Princípio

O extrato sulfúrico produzido com essa força iônica pressupõe que somente minerais secundários (argilo-minerais) são dissolvidos, e, assim, os percentuais de Fe, Al, Si, Ti são próximos aos da fração coloidal do solo.

10.3 Material e Equipamentos

Béquer de 2 L.

Erlenmeyer ou recipiente de teflon de 500 mL.

Pipeta de 20 mL.

Proveta.

Balão volumétrico de 250 mL.

Balança analítica.

Placa aquecedora com condensador de refluxo.

10.4 Reagentes e Soluções

Ácido sulfúrico diluído 1:1 – medir 500 mL de H2SO4 concentrado (d = 1,84 g cm-3) e colocar, vagarosamente, em béquer de 2 L contendo 500 mL de água destilada ou deionizada. Deixar esfriar e colocar em vidro próprio.

10.5 Procedimento

Pesar 1 g de solo (TFSA) e colocar em Erlenmeyer de 500 mL (previamente testado quanto à qualidade do vidro) ou em recipiente de teflon.

Adicionar 20 mL de ácido sulfúrico diluído 1:1 e ferver durante meia hora, usando condensador de refluxo para evitar evaporação.

Deixar esfriar, adicionar 50 mL de água destilada ou deionizada e filtrar para balão volumétrico de 250 mL, lavando o resíduo com água até completar o volume.

Utilizar o filtrado para as determinações de ferro, alumínio, titânio, manganês e fósforo total, e o resíduo para a determinação da sílica.

10.6 Literatura recomendada

ANTUNES, F. dos S.; WERNICKE, J.; VETTORI, L. Contribuição ao estudo da relação molecular sílica alumina (Ki) dos solos. Rio de Janeiro: IME, 1975. 15 p. (IME. Publicacao técnica, 42).

BENNEMA, J. Oxissolos brasileiros. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 14., 1973, Santa Maria, RS. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1974. p. 7-35.

DURIEZ, M. A. de M. Método rápido para determinação complexométrica de ferro e alumínio em solos. 1974. 43 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.

DURIEZ, M. A. de M.; JOHAS, R. A. L.; BARRETO, W. de O. Método simplificado para determinação dos valores Ki e Kr na terra fina. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1982. 10 p. (EMBRAPA-SNLCS. Boletim de pesquisa, 2).

KEHRIG, A. G.; AGUIAR, H. A. Determinação de SiO2, Al2O3 e Fe2O3 na terra fina e complexo coloidal. Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1949. 52 p. (IQA. Boletim técnico, 12).

KEHRIG, A. G.; SETTE, M. E. Determinação do Al2O3 na terra fina. Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1952. 29 p. (IQA. Boletim técnico, 26).

MELO, M. E. C. C.; JOHAS, R. A. L.; DURIEZ, M. A. M.; ARAÚJO, W. S. Teores de ferro na terra fina e na argila por ataques sulfúrico e triácido e extração pelo CBD. In: EMBRAPA. Serviço Nacional de Levantamento e Conservação de Solos. Investigações coligadas em variedades selecionadas de Latossolos do Brasil Sudeste e Sul: exposição provisória de informações preliminares; contribuição à III Reunião de Classificação, Correlação de Solos e Interpretação da Aptidão Agrícola. Rio de Janeiro, 1984. p. 68-79.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RAIJ, B. van; VALLADARES, J. M. A. S. Análise dos elementos maiores de rochas, argilas e solos. Campinas: IAC, 1979. 23 p. (IAC. Boletim técnico, 16).

RAMOS, F.; KEHRIG, A. G. Descrição e crítica dos métodos de análise. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 1., 1947, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1950. p. 583-604.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

— Capítulo 11 —
SÍLICA

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Ademir Fontana

Ademir Emídio da Silva

11.1 Princípio

Solubilização da sílica proveniente do ataque sulfúrico com solução de NaOH e posterior desenvolvimento da cor azul do complexo sílico-molíbdico através da redução do molibdato com ácido ascórbico.

11.2 Material e Equipamentos

Papel de filtro.

Funil.

Pipeta graduada de 10 mL.

Micropipeta (0,20 mL).

Copo plástico de 150 mL.

Pisseta.

Balão volumétrico de 100 mL, 200 mL e de 1 L.

Balança analítica.

Espectrofotômetro UV-Vis.

Placa aquecedora.

11.3 Reagentes e soluções

Solução ácida de molibdato de amônio – dissolver 89 g do sal em aproximadamente 600 mL de água e adicionar, lenta e continuamente, 162 mL de H2SO4 diluído, agitando constantemente. Esfriar e transferir para balão volumétrico de 1 L. Completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Ácido ascórbico – usar sal puro p.a. (aproximadamente 30 mg), ou solução recém-preparada.

Solução de ácido tartárico 28% – pesar 28 g de ácido tartárico, adicionar água destilada ou deionizada e completar o volume em balão volumétrico de 100 mL. Homogeneizar.

Solução de NaOH 30% – para cada litro de solução, pesar 300 g de hidróxido de sódio e completar o volume com água. Dissolver e homogeneizar.

Solução de ácido sulfúrico diluído – adicionar 62 mL de H2SO4 concentrado em 100 mL de água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

11.4 Procedimento

Passar o resíduo retido no papel de filtro (item 10.5) com auxílio de pisseta com água destilada ou deionizada (usar aproximadamente 150 mL), para o mesmo Erlenmeyer onde foi feito o ataque sulfúrico. Essa operação é facilitada colocando-se o papel de filtro aberto em funil grande, preso em suporte, e aplicando-se um jato fino e forte de água.

Adicionar 4 mL de solução de NaOH 30% e colocar o Erlenmeyer em placa aquecedora até início de fervura.

Deixar esfriar usando sistema de refrigeração, secar o Erlenmeyer e acertar massa a 201,2 g, com auxílio de pisseta e balança. Os Erlenmeyers devem ser previamente pesados.

Em até no máximo 1 hora após o resfriamento e acerto da massa, transferir o material para um béquer de teflon de 600 mL. Filtrar, usando papel de filtro e funil, e receber o filtrado límpido em frasco de polietileno. Obs.: deve-se encher o filtro e aguardar sua filtração completa. Eliminar as duas primeiras filtrações.

Pipetar 0,20 mL do filtrado com micropipeta e transferir para copo plástico de 150 mL.

Adicionar aproximadamente 50 mL de água, e, com controle de tempo da aplicação dos reagentes conforme a seguir, adicionar 2,5 mL da solução de molibdato de amônio. Após 10 minutos, juntar 2,5 mL de solução de ácido tartárico 28% e, decorridos 5 minutos, adicionar 30 mg de ácido ascórbico, como redutor.

Após a adição dos reagentes acima, aproximadamente 5 minutos, passar o conteúdo para balão volumétrico de 100 mL e completar o volume com água destilada ou deionizada. Caso a coloração no copo de 150 mL seja de um azul muito intenso, transferir o volume para balão de 200 mL e completar o volume.

Deixar o balão em repouso para desenvolvimento completo da cor. Após 12 horas, nunca depois de 24 horas, medir a absorbância a 695 nm e anotar a leitura.

11.4.1 Solução padrão

Preparar uma solução padrão contendo 6% a 6,5% de SiO2. A solução padrão pode ser preparada a partir de uma solução padrão de SiO2 de 1.000 mg L-1 (utilizando reagente de altíssima qualidade) ou proveniente de amostras de solo. O teor exato de sílica da solução padrão deve ser determinado pelo processo gravimétrico.

A solução correspondente a 6%-6,5% de SiO2 e que serve de padrão também pode ser preparada a partir de filtrados claros das próprias amostras de solo. Normalmente usam-se filtrados cuja leitura no aparelho dão valores acima do padrão de 0,2 mL. A aferição do teor exato da solução deve ser feita pelo processo gravimétrico. A cor azul é estável por 24 h, sendo essencial o uso de copo plástico.

Pipetar 0,10 mL; 0,20 mL e 0,40 mL do extrato da solução padrão, em duplicata, e proceder da mesma forma descrita para a amostra. Determinar os valores das leituras no espectrofotômetro-UV a 695 nm, correspondentes a cada solução, e empregar o valor médio para o cálculo do fator de conversão da leitura em percentagem de sílica.

11.5 Cálculo

11.5.1 Cálculo quando a leitura da amostra não ultrapassa a leitura do padrão de 0,2 mL

Em que:

L – leitura da amostra.

L2 – leitura do padrão correspondente a 0,2 mL.

SiO2 padrão – concentração de SiO2 da solução padrão, em %.

11.5.2 Cálculo quando a leitura da amostra é maior que a leitura do padrão de 0,2 mL

Em que:

SiO2 – concentração de SiO2 total no solo, em g kg-1.

L – leitura da amostra.

L2 – leitura do padrão correspondente a 0,2 mL.

L4 – leitura do padrão correspondente a 0,4 mL.

SiO2 padrão – concentração de SiO2 da solução padrão, em %.

11.6 Observações

A leitura das amostras deverá ficar entre 100 e 300 para a alíquota de 0,2 mL. Diluir ou tomar alíquotas maiores que 0,2 mL, se necessário.

Para o cálculo do fator f2, considera-se diferença entre as leituras do padrão 0,4 mL e 0,2 mL porque a leitura do último padrão não obedece mais à lei de Beer.

O teor de sílica da solução padrão deve ser controlado periodicamente pelo método gravimétrico. Para tal, colocar um volume conhecido da solução padrão em cadinho de platina previamente seco e pesado, e calcinar em mufla a 1.000 °C durante 1 hora. Esfriar em dessecador e pesar usando balança com precisão de quatro casas decimais.

11.7 Literatura recomendada

DURIEZ, M. A. de M.; JOHAS, R. A. L.; BARRETO, W. de O. Método simplificado para determinação dos valores Ki e Kr na terra fina. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1982. 10 p. (EMBRAPA-SNLCS. Boletim de pesquisa, 2).

KEHRIG, A. G.; AGUIAR, H. A. Determinação de SiO2, Al2O3 e Fe2O3 na terra fina e complexo coloidal Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1949. 52 p. (IQA. Boletim técnico, 12).

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RAMOS, F.; KEHRIG, A.G. Descrição e crítica dos métodos de análise. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 1., 1947, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1950. p. 583-604.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

— Capítulo 12 —
FERRO NO EXTRATO SULFÚRICO

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Ademir Fontana

12.1 Princípio

Determinação por complexometria com EDTA ou por espectrometria de absorção atômica no extrato sulfúrico.

12.2 Material e Equipamentos

Béquer de 300 mL de forma alta.

Béquer de 400 mL.

Proveta de 10 mL, 250 mL e 1 L.

Balão volumétrico de 1 L.

Pipeta volumétrica de 20 mL e 25 mL.

Bureta volumétrica ou digital.

Espectrômetro de absorção atômica com chama (FAAS).

Potenciômetro.

Chapa aquecedora.

Termômetro.

Balança analítica.

12.3 Reagentes e Soluções

Ácido clorídrico 1:1 – adicionar 500 mL de água em proveta de 1 L e juntar 500 mL de HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%).

Ácido nítrico + ácido clorídrico 1:4 – colocar 50 mL de HNO3 concentrado em proveta de 250 mL e adicionar, vagarosamente, 200 mL de HCL 1:1. Agitar, homogeneizar e guardar em vidro escuro.

Ácido sulfossalicílico 5% – pesar 50 g do produto e dissolver em água, contida em balão volumétrico de 1 L. Agitar até dissolver e completar o volume.

Solução de EDTA 0,01 mol L-1 – pesar, exatamente, 3,7224 g de EDTA (ácido etileno-diamino-tetra-acético dissódico dihidratado - C10H14N2Na2O8.2H2O) e dissolver em água destilada ou deionizada contida em balão volumétrico de 1 L. Agitar até completa dissolução e completar o volume com água. Guardar em recipiente de polietileno e padronizar com solução de cloreto de cálcio 0,01 mol L-1.

Solução padrão de CaCO3 0,01 mol L-1 – pesar 1,00 g de CaCO3, colocar em béquer de 400 mL. Umedecer com água destilada ou deionizada. Adicionar, gota a gota, HCl p.a. concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%), até cessar a efervescência. Aquecer ligeiramente para facilitar a dissolução. Deixar esfriar. Transferir para balão volumétrico de 1 L, lavando o béquer várias vezes com água. Completar o volume com água destilada ou deionizada.

12.3.1 Padronização da solução de EDTA 0,01 mol L-1

Pipetar 25,00 mL da solução padrão de CaCO3 0,01 mol L-1 e transferir para Erlenmeyer de 125 mL. Adicionar 4 mL do coquetel tampão, 30 mL de água destilada ou deionizada, três gotas do indicador negro de eriocromo. Titular com a solução de EDTA 0,01 mol L-1 até que a cor vire de vermelho vinho para azul.

Em que:

[EDTApad] – concentração da solução padronizada de EDTA, em mol L-1.

[CaCO3] – concentração da solução padrão primário de carbonato de cálcio 0,01 mol L-1.

V – volume da solução de EDTA gasto na padronização/titulação, em mL.

12.4 Procedimento

Pipetar 20,00 mL do extrato sulfúrico (item 10.5) e colocar em béquer de 300 mL de forma alta.

Adicionar 2,5 mL da solução de HNO3 + HCl 1:4 e ferver por aproximadamente 3 minutos, até completa destruição da matéria orgânica (desaparecimento da cor escura). Deixar esfriar.

Repetir a operação quando a destruição não for completa, ou seja, adicionar mais 2,5 mL da solução e ferver novamente.

Adicionar 25 mL a 30 mL de água e ajustar o pH da solução para 1,5, com uso de potenciômetro, empregando solução de HCl 1:1 e NH4OH concentrado, quando for o caso.

Adicionar, em seguida, 1 mL da solução de ácido sulfossalicílico 5% como indicador e aquecer em chapa aquecedora até temperatura aproximada de 60 ºC.

Titular com solução de EDTA 0,01 mol L-1, passando a coloração de vermelho para amarelo (observar que a reação é lenta).

Após a titulação, separar o béquer com a solução, para ser empregada na determinação de Al2O3.

12.5 Cálculo

Em que:

Fe2O3 – concentração de Fe2O3 total no solo, em g kg-1.

V – volume da solução de EDTA gasto na titulação da amostra, em mL.

f – fator de correção considerando a padronização da solução de EDTA 0,01 mol L-1, em que f = [EDTApad] / 0,01.

[EDTApad] – concentração da solução padronizada de EDTA, em mol L-1.

12.6 Observação

O ferro pode ser determinado com o EDTA a pH 2,0 a 2,2; entretanto, quando se usa a mesma alíquota para a determinação do alumínio, é recomendável baixar esse pH a 1,5, a fim de tornar a determinação do ferro mais seletiva.

Para o caso de determinação do ferro por absorção atômica, a leitura pode ser feita diretamente no extrato sulfúrico. Nesse caso, a concentração de Fe (g kg-1) será dada pela multiplicação da leitura obtida (mg L-1) por 0,25. O fator 0,25 equivale a 250/1.000, em que 250 é a relação solo/extrator e 1.000, a transformação de mg para g. Para transformar Fe para Fe2O3, multiplicar pelo fator 1,43.

Caso necessário, fazer a diluição da amostra e considerar a diluição no cálculo.

12.7 Literatura recomendada

DURIEZ, M. A. de M. Método rápido para determinação complexométrica de ferro e alumínio em solos. 1974. 43 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.

DURIEZ, M. A. de M.; JOHAS, R. A. L.; BARRETO, W. de O. Método simplificado para determinação dos valores Ki e Kr na terra fina. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1982. 10 p. (EMBRAPA-SNLCS. Boletim de pesquisa, 2).

ILCHENKO, V.; MENDES, J. F. Algumas modificações no processo de Truog-Drosdoff para a determinação de SiO2, Al2O3 livres nos colóides do solo. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 4., 1953, Belo Horizonte. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1956. p. 103-108.

KEHRIG, A. G.; AGUIAR, H. A. Determinação de SiO2, Al2O3 e Fe2O3 na terra fina e complexo coloidal Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1949. 52 p. (IQA. Boletim Ttécnico, 12).

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

PERRAUD, E.; AGUIAR, A. C.; MUNIZ, E. M. Métodos de análise utilizados no laboratório de Pedologia do Instituto de Geociência da UFBA, Salvador. Salvador: UFBA, 1976. Mimeografado.

RAMOS, F. Método de análise de solos. Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1949. 66 p. (IQA. Boletim, 11).

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

— Capítulo 13 —
TITÂNIO NO EXTRATO SULFÚRICO

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Ademir Fontana

Ademir Emídio da Silva

13.1 Princípio

Peroxidação do sulfato de titânio a persulfato com H2O2 concentrada e determinação espectrofotométrica por absorção molecular ou diretamente no extrato sulfúrico por absorção atômica. O teor de TiO2 no solo serve como indicativo de solo desenvolvido a partir de rocha básica.

13.2 Material e Equipamentos

Béquer de 25 mL, 50 mL e 400 mL.

Balão volumétrico de 50 mL e 1 L.

Pipetas volumétricas de 25 mL e 100 mL.

Pipeta graduada.

Proveta de 1 L.

Balança analítica.

Banho de areia.

Chapa aquecedora.

Estufa.

Mufla.

Dessecador.

Capela de exaustão.

Espectrofotômetro UV-Vis.

13.3 Reagentes e Soluções

Ácido sulfúrico 1:1 – adicionar 500 mL de H2SO4 concentrado a idêntico volume de água destilada ou deionizada, contida em proveta de 1 L.

Permanganato de potássio – empregar solução concentrada/saturada de KMnO4.

Solução de ácido oxálico 10% – dissolver 100 g do produto p.a. em 600 mL de água contida em proveta de 1 L, agitar e completar o volume.

Solução de ácido fosfórico 50% – em balão volumétrico de 1 L, adicionar 500 mL de água destilada ou deionizada e, a seguir, completar o voume com ácido fosfórico.

Perhidrol ou água oxigenada – utilizar o produto p.a.

Solução padrão de TiO2 (1 g L-1).

Pesar 1 g de TiO2 p.a., colocar em béquer de 400 mL e adicionar 50 mL de solução de H2SO4 1:1.

Aquecer no banho de areia em capela, até o desprendimento de SO32-. Adicionar 250 mL de água destilada ou deionizada, agitando continuamente com bastão de vidro para evitar hidrólise e ferver durante alguns minutos.

Deixar esfriar, transferir para balão volumétrico de 1 L e completar o volume (filtrar se necessário).

Pipetar 100,00 mL, colocar em béquer de 250 mL, aquecer e adicionar, gota a gota, a solução de hidróxido de amônio 1:1 até ligeiro excesso, usando azul de bromotimol como indicador.

Ferver durante 5 minutos, filtrar em papel de filtro sem cinzas e lavar o precipitado com água quente, até que uma pequena porção do filtrado não apresente reação de sulfatos pelo cloreto de bário a 10%.

Colocar o papel de filtro em cadinho de porcelana na estufa, durante 1 a 2 horas, e depois em mufla, para calcinar até 800 °C – 900 °C, deixando nessa faixa de temperatura durante 1 a 2 horas.

Esfriar em dessecador e pesar com aproximação de 0,0001 g.

Efetuar essa determinação em duplicata e determinar a concentração exata da solução de TiO2 em função do peso do resíduo depois de calcinado, de acordo com a seguinte expressão:

Em que:

TiO2 – concentração de TiO2 na solução, em g L-1.

m – massa do resíduo, em g.

13.4 Procedimento

Pipetar 25,00 mL do extrato sulfúrico (item 10.5), colocar em béquer de 50 mL e adicionar 4 mL de ácido sulfúrico 1:1.

Adicionar, gota a gota, solução de permanganato de potássio até persistência de coloração violeta, e aquecer até próximo à fervura (80 °C a 90 °C), durante 5 minutos; caso a coloração desapareça, adicionar mais algumas gotas de permanganato. Obs.: a solução não pode ferver em hipótese alguma.

Adicionar, gota a gota, solução de ácido oxálico 10%, até completo descoloramento, evitando excesso desse redutor. Normalmente são utilizadas três gotas de solução de ácido oxálico.

Deixar esfriar, transferir para balão volumétrico de 50,00 mL, juntar 2 mL de ácido fosfórico 1:1 e sete gotas de H2O2. Agitar e completar o balão com água.

Colocar 0,5 mL, 1 mL e 2 mL da solução padrão de TiO2 (1 g L-1) em balão volumétrico de 50,00 mL, adicionar aproximadamente 20 mL de água destilada ou deionizada, 6 mL de H2SO4 1:1, 1 mL de H3PO4 50% e sete gotas de perhidrol. Completar o volume.

Depois de algumas horas (a coloração é estável durante alguns dias), medir a absorbância em espectrofotômetro a 430 nm e anotar a leitura das amostras e dos padrões.

13.5 Cálculo

Quando a leitura da amostra for menor que a leitura do padrão médio (1 mL), usar a fórmula abaixo:

Quando a leitura da amostra for maior que a leitura do padrão médio (1 mL), usar a fórmula abaixo:

Em que:

TiO2 – concentração de TiO2 total no solo, em g kg-1.

L – leitura da amostra.

L1 – leitura do padrão correspondente a 1 mL.

L2 – leitura do padrão correspondente a 2 mL.

13.6 Observações

Para o cálculo do fator f2, considera-se diferença entre as leituras do padrão 2 mL e 1 mL porque a leitura do último padrão não obedece mais à lei de Beer.

13.7 Literatura recomendada

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

PAIVA NETO, J. E.; CATTANI, R. A.; KUPPER, A. Contribuição ao estudo de métodos analíticos e de extração para caracterização química dos solos do Estado de São Paulo. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 1., 1947, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1950. p. 79-108.

SHERMAN, G. D.; KANEHIRO, Y. Titanium. In: BLACK, C. A.; EVANS, D. D; ESNMINGER, L. E.; CLARK, F. E. (Ed.). Methods of soil analysis: part 2: chemical and microbiological properties. Madison: American Society of Agronomy, 1965. p. 974-979.

— Capítulo 14 —
ALUMÍNIO NO EXTRATO SULFÚRICO

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Ademir Fontana

14.1 Princípio

Determinação por complexometria com CDTA ou por espectrofotometria de absorção atômica no extrato sulfúrico.

14.2 Material e Equipamentos

Béquer de 250 mL.

Bastão de vidro.

Balão volumétrico de 50 mL e 1 L.

Erlenmeyer de 125 mL.

Balança analítica.

Bureta digital.

Espectrômetro de absorção atômica com chama.

14.3 Reagentes e Soluções

Solução do CDTA 0,031 mol L-1 – pesar 11,2952 g de CDTA (ácido 1,2 ciclo-hexilenodinitrilo-tetracético - C14H22N2O8.1H2O). Colocar em béquer de 250 mL e adicionar 100 mL de solução de NaOH 2,5%, recém-preparada. Agitar bem com bastão de vidro até dissolver; transferir para balão volumétrico de 1 L, adicionando água até completar o volume. Guardar a solução em depósito de polietileno.

Solução de acetato de amônio pH 4,5 – colocar 6 mL do ácido acético (C2O2H4) glacial em balão volumétrico de 50 mL, contendo 40 mL de água. Homogeneizar e completar o volume. Transferir a solução para Erlenmeyer de 125 mL, adicionar duas gotas de azul de bromotimol e titular com NH4OH concentrado até viragem do azul para o verde, anotando o volume gasto. Preparar a solução tampão, colocando 120 mL do ácido acético em balão volumétrico de 1 L contendo 500 mL de água e adicionar, pouco a pouco, agitando, a quantidade de NH4OH gasto na titulação anterior multiplicada por 10. Agitar e completar o volume.

Álcool etílico absoluto – utilizar o produto comercial.

Solução de ditizona a 0,025% – pesar 0,025 g de ditizona (difeniltiocarbazona) e dissolver em 100 mL de álcool etílico p.a. Esta solução é instável, podendo ser usada no máximo por 2 a 3 dias se colocada em geladeira.

Solução de sulfato de zinco 0,0156 mol L-1 – pesar 4,4857 g de ZnSO4.7H2O, colocar em balão volumétrico de 1 L contendo água destilada ou deionizada, agitar, homogeneizar e completar o volume.

14.4 Procedimento

Após a dosagem de Fe2O3 pelo EDTA (item 12.4), adicionar 10 mL da solução de CDTA (aguardar mais ou menos 1 hora), 10 mL da solução tampão de acetato de amônio pH 4,5 (esperar 10 minutos), 50 mL de álcool etílico e 2 mL de solução de ditizona (recém-preparada).

Titular o excesso de CDTA com solução de sulfato de zinco 0,0156 mol L-1, até viragem de cor verde-acinzentada para cor rosa forte, sendo essa mudança nítida e instantânea.

Paralelamente, empregar uma prova em branco e determinar o volume de sulfato de zinco necessário para reagir com 10 mL do CDTA.

14.5 Cálculo

Em que:

Al2O3 – concentração de Al2O3 total no solo, em g kg-1.

a – volume da solução de sulfato de zinco gasto na titulação da amostra, em mL.

b – volume da solução de sulfato de zinco gasto na titulação da prova em branco, em mL.

TiO2 – concentração de TiO2 total no solo, obtida pelo ataque sulfúrico, em g kg-1 (item 13.5).

Valor 1,668 – fator de conversão de Ti para TiO2.

14.6 Observações

Este método determina conjuntamente o alumínio e o titânio, sendo necessário descontar o TiO2 obtido pelo método para ter o resultado só de Al2O3.

Em caso de solos com alto teor de TiO2 é conveniente recorrer à separação prévia do titânio e ferro por precipitação, para, em seguida, proceder à determinação do Al2O3 pelo mesmo método.

14.7 Literatura recomendada

DURIEZ, M. A. de M. Método rápido para determinação complexométrica de ferro e alumínio em solos. 1974. 43 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.

DURIEZ, M. A. de M.; JOHAS, R. A. L.; BARRETO, W. de O. Método simplificado para determinação dos valores Ki e Kr na terra fina. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1982. 10 p. (EMBRAPA-SNLCS. Boletim de pesquisa, 2).

ILCHENKO, V.; MENDES, J. F. Algumas modificações no processo de Truog-Drosdoff para a determinação de SiO2, Al2O3 livres nos colóides do solo. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 4., 1953, Belo Horizonte. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1956. p. 103-108.

KEHRIG, A. G.; AGUIAR, H. A. Determinação de SiO2, Al2O3 e Fe2O3 na terra fina e complexo coloidal Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1949. 52 p. (IQA. Boletim técnico, 12).

KEHRIG, A. G.; SETTE, M. E. Determinação do Al2O3 na terra fina. Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1952. 29 p. (IQA. Boletim técnico, 26).

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RAIJ, B. van; VALLADARES, J. M. A. S. Análise dos elementos maiores de rochas, argilas e solos. Campinas: IAC, 1979. 23 p. (IAC. Boletim técnico, 16).

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

— Capítulo 15 —
MANGANÊS NO EXTRATO SULFÚRICO

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Ademir Fontana

Viviane Escaleira

15.1 Princípio

Determinação espectrométrica com adição de solução de lantânio ao extrato sulfúrico por absorção atômica ou diretamente no extrato sulfúrico por ICP-OES.

15.2 Material e Equipamentos

Erlenmeyer de 20 mL.

Pipeta.

Proveta.

Espectrômetro de absorção atômica com chama (FAAS).

15.3 Reagentes e Soluções

Solução de lantânio (1 g L-1) – pesar 1,1728 g de La2O3. Umedecer com água destilada e transferir, com lavagens sucessivas, para balão volumétrico de 1 L. Adicionar, aos poucos, HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) até verificar a completa dissolução do óxido. Completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

15.4 Procedimento

15.4.1 Mn determinado por espectrometria de absorção atômica

Pipetar 0,1 mL do extrato sulfúrico (item 10.5), para Erlenmeyer de 20 mL.

Adicionar 4,9 mL de solução de lantânio 1 g L-1.

Homogeneizar. Efetuar a leitura no espectrômetro de absorção atômica com chama.

15.4.2 Mn determinado por espectrometria de emissão ótica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES)

Passar o extrato sulfúrico (item 10.5) no ICP-OES.

Proceder à leitura, diluindo o extrato em água ultrapura quando a leitura ultrapassar a escala do aparelho.

15.5 Cálculo

15.5.2 Mn determinado por espectrometria de emissão ótica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES)

Em que:

MnO – concentração de MnO total no solo, em g kg-1.

L – leitura da amostra, em mg L-1.

d – fator de diluição da amostra.

Valor 0,3225 – equivale a [(250/1.000) x 1,29] em que 250 corresponde à relação solo:extrator; 1.000 equivale à transformação de mg para g; e 1,29, a transformação de Mn para MnO.

15.6 Observações

Caso seja possível a leitura direta no extrato sulfúrico, sem diluição, considerar d = 1. Para leitura no espectrômetro de absorção atômica, considerar também a diluição do extrato sulfúrico na solução de lantânio.

15.7 Literatura recomendada

JACKSON, M. L. Soil chemical analysis. New York: Prentice Hall, 1958. 498 p.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

SEILER, F. E. E.; ILCHENKO, V. O manganês na série dos cátions trocáveis do solo. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 4., 1953, Belo Horizonte. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1956. p. 83-91.

— Capítulo 16 —
FÓSFORO NO EXTRATO SULFÚRICO

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Ademir Fontana

16.1 Princípio

Solubilização das formas fosfatadas minerais e orgânicas pelo H2SO4 1:1. O fósforo contido no extrato sulfúrico representa a concentração total desse elemento.

16.2 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 50 mL e 1 L.

Pipeta volumétrica de 10 mL.

Micropipetas de 0,5 mL, 1 mL e 2 mL.

Proveta de 50 mL.

Balança analítica.

Espectrofotômetro UV-Vis.

16.3 Reagentes e Soluções

Ácido ascórbico.

Solução de molibdato de amônio – em balão de 1 L contendo aproximadamente 500 mL de água destilada ou deionizada, juntar 2 g de subcarbonato de bismuto e, lentamente, 100 mL de H2SO4 concentrado. Essa operação deve ser feita com bastante cuidado e, para evitar acidentes, o balão pode ser agitado dentro de um banho frio. Com o calor desenvolvido, o sal de bismuto se dissolve. Deixar esfriar, adicionar a essa solução outra de 20 g de molibdato de amônio em 200 mL de água destilada ou deionizada. Completar o volume com água destilada ou deionizada.

Solução padrão de fósforo contendo 50 mg L-1 de P2O5 – dissolver 0,0958 g de KH2PO4 em água destilada ou deionizada, adicionar 3 mL de H2SO4 concentrado e completar o volume a 1 L com água destilada ou deionizada.

16.4 Procedimento

Pipetar 10,00 mL do extrato sulfúrico (item 10.5) para balão de 50,00 mL.

Adicionar 10 mL de solução de molibdato de amônio.

Juntar água até aproximadamente 35 mL e uma “pitada” (aproximadamente 15 mg) de ácido ascórbico.

Agitar até completa dissolução do ácido ascórbico e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Para amostra dos padrões, pipetar 0,5 mL; 1 mL e 2 mL de solução padrão de fósforo contendo 50 mg L-1 de P2O5 para balões volumétricos de 50 mL. Juntar um pouco de água e 10 mL da solução ácida de molibdato de amônio concentrada (item 2.3) (compensação de acidez com as amostras provenientes do ataque sulfúrico) e uma “pitada” (aproximadamente 15 mg) de ácido ascórbico. Agitar até completa dissolução do ácido ascórbico e completar o volume com água.

Após 30 minutos e no máximo até 2 horas, determinar as leituras das amostras e dos padrões em espectrofotômetro a 660 nm.

16.5 Cálculo

Em que:

P2O5 – concentração de P2O5 total no solo, em g kg-1.

L – leitura da amostra.

L1 – leitura do padrão de 1 mL.

Valor 1,25 – equivale a 250x5/1.000 e leva em consideração a relação solo:extrator (1:250), a diluição na leitura (5 mL = 10 mL extrato para balão de 50 mL) e a conversão de mg para g (1.000).

16.6 Observação

Importante ressaltar que as leituras em espectrofotômetro no comprimento de onda de 660 nm devem ser realizadas no intervalo de 30 minutos a 2 horas no máximo após a adição da solução de molibdato e ácido ascórbico.

16.7 Literatura recomendada

ANASTACIO, M. de L. A. Fixação de fósforo nos solos brasileiros. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPE-EPFS, 1968. 13 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPE-EPFS. Boletim técnico, 4).

FREITAS, G. C. Do fósforo na terra e sua dosagem. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 1., 1947, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1950. p. 109-144.

KOLTOFF, I. M.; SANDELL, E. B. Textbook of quantitative inorganic analysis. New York: MacMillan, 1949. 794 p.

MARQUES, B. H. R. Determinação colorimétrica do fósforo total em solos pelo método de redução pelo ácido ascórbico a frio. Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1961. 31 p. (IQA. Boletim técnico, 61).

MOHR, W.; CARVALHO, M. C. Contribuição para o conhecimento de combinações de fósforo nos solos do Rio Grande do Sul. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 2., 1949, Campinas. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1953. p. 131-143.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RAMOS, F.; KEHRIG, A. G. Descrição e crítica dos métodos de análise. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE CIÊNCIA DO SOLO, 1., 1947, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1950. p. 583-604.

— Capítulo 17 —
RELAÇÕES MOLECULARES Ki E Kr

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

17.1 Cálculos

O Ki é calculado em função dos valores de SiO2 e Al2O3, divididos pelos seus respectivos pesos moleculares e pode ser obtido pela fórmula abaixo.

Em que:

SiO2 – concentração de SiO2 total no solo, obtida pelo ataque sulfúrico, em g kg-1 (obtida no item 11.5).

Al2O3 – concentração de Al2O3 total no solo, obtida pelo ataque sulfúrico, em g kg-1 (obtida no item 14.5).

O Kr é calculado em função dos valores de SiO2 (item 11.5) e Al2O3 + Fe2O3 (item 14.5 + item 12.5, respectivamente), divididos pelos seus respectivos pesos moleculares e pode ser obtido pela fórmula abaixo.

17.2 Literatura recomendada

DURIEZ, M. A. de M.; JOHAS, R. A. L.; BARRETO, W. de O. Método simplificado para determinação dos valores Ki e Kr na terra fina. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1982. 10 p. (EMBRAPA-SNLCS. Boletim de pesquisa, 2).

GUIMARÃES, G. A.; BASTOS, J. B.; LOPES, E. C. Métodos de análise física, química e instrumental de solos. Belém: Instituto de Pesquisa Agropecuária do Norte, 1970. 108 p. (IPEAN. Boletim técnico, 1).

KEHRIG, A. G.; AGUIAR, H. A. de. Determinação de SiO2, Al2O3 e Fe2O3 na terra fina e complexo coloidal Rio de Janeiro: Instituto de Química Agrícola, 1949. 52 p. (IQA. Boletim técnico, 12).

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

VETTORI, L. Ki e Kr na terra fina e argila. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 7., 1959, Piracicaba. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1971. p. 35.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

— Capítulo 18 —
RELAÇÃO MOLECULAR Al2O3/Fe2O3

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

18.1 Cálculo

A relação é calculada em função dos valores de Al2O3 e Fe2O3, obtidos nos itens 14.5 e 12.5, respectivamente, divididos pelos seus respectivos pesos moleculares.

18.2 Literatura recomendada

GUIMARÃES, G. A.; BASTOS, J. B.; LOPES, E. C. Métodos de análise física, química e instrumental de solos. Belém: Instituto de Pesquisa Agropecuária do Norte, 1970. 108 p. (IPEAN. Boletim técnico, 1).

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

— Capítulo 19 —
FERRO, ALUMÍNIO, MANGANÊS E SÍLICA EXTRAÍVEIS

Paulo César Teixeira

Sebastião Barreiros Calderano

David Vilas Boas de Campos

Ademir Fontana

19.1 Introdução

O conhecimento da distribuição relativa de ferro, alumínio, manganês e sílica é de interesse na interpretação da pedogênese, na avaliação das condições e da intensidade do intemperismo, no entendimento do comportamento físico e químico do solo e na classificação de solos.

Essas análises compreendem:

Compostos de ferro, alumínio e manganês livres no solo extraídos por solução de citrato-ditionito-bicarbonato.

Compostos de ferro, alumínio e sílica amorfos extraídos por solução de oxalato ácido de amônio.

Ferro e alumínio de ligações orgânicas extraídas por solução de pirofosfato.

19.2 Método do citrato-ditionito-bicarbonato (DCB)

19.2.1 Princípio

A amostra é aquecida em uma solução complexante tamponada de citrato/bicarbonato, à qual é adicionada ditionito de sódio em pó como agente redutor. O ferro, alumínio e manganês são determinados no extrato pelo espectrômetro de absorção atômica ou ICP-OES.

19.2.2 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 250 mL e 1 L.

Tubo de centrífuga de 100 mL.

Proveta de 50 mL.

Pipeta de 5 mL.

Banho-maria.

Centrífuga.

Balança analítica.

Espectrômetro de absorção atômica de chama ou ICP-OES.

19.2.3 Reagentes e Soluções

Solução de citrato de sódio 0,3 mol L-1 – dissolver 88,23 g de citrato de sódio bihidratado (C6H5O7NA3.2H2O) em balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Solução de bicarbonato de sódio 1 mol L-1 – dissolver 84,01 g de bicarbonato de sódio (NaHCO3) em em balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Ditionito de sódio – pó.

Soluções padrão de Fe, Al, e Mn – diluir ampolas padronizadas conforme instruções do fabricante.

19.2.4 Procedimento

Pesar 1 g a 2 g de solo (terra fina seca ao ar) e colocar em tubo de centrífuga de 100 mL. Tem-se como critério pesar 1 g para amostras de solos argilosos e 2 g para amostras de solo de textura média ou mais arenosa.

Adicionar 40 mL da solução de citrato de sódio 0,3 mol L-1 e 5 mL de solução de bicarbonato de sódio 1 mol L-1.

Aquecer em banho-maria à temperatura entre 75 °C e 

80 °C. Precaução: a temperatura não deve exceder a 80 °C (precipitação do enxofre).

Adicionar 1 g de ditionito de sódio, agitar manualmente com bastão ou espátula (vidro ou teflon) por 1 minuto e ocasionalmente por 3 minutos. Uma segunda porção de 1 g de ditionito é adicionada agitando-se posteriormente. Uma terceira porção de 1 g é adicionada com agitação ao final do segundo período de 3 minutos.

Deixar esfriar e centrifugar durante 10 minutos a 3.00 rpm.

Transferir o líquido sobrenadante para balão de 250 mL. Caso o extrato esteja amarelado, repetir a operação com o solo desde o início até se obter um líquido sobrenadante claro. Adicionar o sobrenadante obtido na segunda extração ao balão que já continha o primeiro sobrenadante e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Após completar o volume, filtrar o conteúdo do balão usando papel de filtração média.

Os teores de Fe, Al e Mn nos extratos de DCB podem ser determinados por espectrometria de absorção atômica ou por ICP-OES.

19.2.5 Cálculo

Em que:

L – concentração de Fe, Al, ou Mn no extrato da amostra diluída, em mg L-1.

L1 – concentração de Fe, Al ou Mn no extrato da prova em branco, em mg L-1.

d – diluição do extrato de leitura, se necessário.

m – massa de solo, em g.

Valor 0,25 – equivale a 250/1.000 e considera a diluição da amostra de solo (balão de 250 mL) e a transformação de mg para g.

Fatores de conversão:

Fe2O3 (g kg-1) = Fe (g kg-1) x 1,43

Al2O3 (g kg-1) = Al (g kg-1) x 1,89

MnO (g kg-1) = Mn (g kg-1) x 1,29

19.2.6 Observação

Caso necessário, realizar a diluição do extrato contido no balão de 250 mL e considerar a diluição no cálculo. Para leitura em espectrômetro de absorção atômica, considerar também a diluição do extrato na solução de lantânio.

19.3 Método do oxalato ácido de amônio

19.3.1 Princípio

Baseia-se na afinidade do oxalato em meio ácido para formação de complexos coloidais após a dissolução dos óxidos e oxi-hidróxidos amorfos do solo (Fe, Al, Si), permanecendo inatacados os argilo-minerais cristalinos. O Fe, Al e Si são determinados no extrato por espectrometria de absorção atômica ou ICP-OES.

19.3.2 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 1 L.

Tubo de centrífuga de 100 mL.

Agitador mecânico orbital.

Proveta de 20 mL ou 50 mL.

Espectrômetro de absorção atômica de chama ou ICP-OES.

Potenciômetro.

Balança analítica.

Centrífuga.

19.3.3 Reagentes e Soluções

Solução de oxalato ácido de amônio 0,2 mol L-1 pH 3,0 – pesar e dissolver 16,2 g de oxalato de amônio (C2H8O4N2.H2O) e 7,6 g de ácido oxálico bihidratado em balão volumétrico de 1 L usando água destilada ou deionizada. Adicionar água até aproximadamente dois terços do volume e agitar bastante até completa dissolução. Ajustar o pH para 3,0 com ácido oxálico ou NH4OH. Completar o volume e conferir o pH novamente.

19.3.4 Procedimento

Pesar 0,50 g de solo e transferir para tubo tipo falcon de 50 mL.

Adicionar 20 mL da solução de oxalato ácido de amônio 0,2 mol L-1 pH 3,0. Tampar o tubo.

Agitar por 4 horas no escuro.

Centrifugar por 10 minutos a 2.00 rpm. Caso o sobrenadante ainda não esteja muito límpido, repetir a centrifugação.

Filtrar o sobrenadante em papel de filtração média.

Os teores de Fe, Al e Si no sobrenadante podem ser determinados por espectrometria de absorção atômica ou por ICP-OES.

19.3.5 Cálculo

Em que:

L – concentração de Fe, Al ou Si no extrato de amostra, em mg L-1.

L1 – concentração de Fe, Al ou Si no extrato da prova em branco, em mg L-1.

d – diluição do extrato de leitura, quando necessário.

m – massa de solo, em g.

Denominador 50 – equivale a 20/1.000 e considera a diluição da amostra de solo (adição de 20 mL da solução de oxalato) e a transformação de mg para g.

Fatores de conversão:

Fe2O3 (g kg-1) = Fe (g kg-1) x 1,43

Al2O3 (g kg-1) = Al (g kg-1) x 1,89

SiO2 (g kg-1) = Si (g kg-1) x 2,14

19.3.6 Observações

Toda diluição do extrato, quando necessária, deve ser feita usando água ultrapura.

Se for possível a leitura direta no extrato do sobrenadante pelo ICP-OES, considerar d = 1 no cálculo.

Quando a leitura for feita por espectrometria de absorção atômica, considerar a diluição do extrato do sobrenadante na solução de lantânio para o cálculo.

19.4 Método do pirofosfato de sódio

19.4.1 Princípio

Os complexos de ferro e alumínio com a matéria orgânica são extraídos com pirofosfato de sódio, permanecendo inatacáveis as formas inorgânicas amorfas e cristalinas.

19.4.2 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 1 L.

Proveta de 50 mL.

Tubo de centrífuga.

Peneira de 100 mesh.

Supercentrífuga ou centrífuga.

Agitador.

Balança analítica.

Espectrômetro de absorção atômica com chama ou ICP-OES.

19.4.3 Reagentes e Soluções

Pirofosfato de sódio 0,1 mol L-1 – dissolver 44,6 g de pirofosfato de sódio decahidratado (Na4P2O7.10H2O) em água destilada ou deionizada e elevar a 1 L em balão volumétrico.

Super floc (N - 100).

19.4.4 Procedimento

Triturar 5 g de amostra de solo no gral e passar em peneira de 100 mesh.

Pesar 0,30 g de amostra de solo (100 mesh) e transferir para tubos de centrífuga (Pesar 1 g para amostras com pouco Fe e Al).

Adicionar 30 mL de solução de pirofosfato de sódio 0,1 mol L-1. Agitar por 2 h. Deixar em repouso por uma noite e agitar novamente por 2 h.

Centrifugar a 20.00 rpm por 10 minutos. Se não dispuser de supercentrífuga, adicionar 0,5 mL de solução super floc 0,1% e centrifugar por 15 minutos a aproximadamente 3.50 rpm.

Decantar o sobrenadante claro em um frasco.

A determinação dos elementos no sobrenadante é feita por espectrometria de absorção atômica com chama ou por ICP-OES.

19.4.5 Cálculo

Em que:

L – concentração de Fe ou Al no extrato de amostra, em mg L-1.

L1 – concentração de Fe ou Al no extrato da prova em branco, em mg L-1.

m – massa de solo, em g.

Fator 3/100 – considera a diluição da amostra de solo (adição de 30 mL da solução de pirofosfato) e a transformação de mg para g.

19.4.6 Observação

Pode-se armazenar o sobrenadante (item 19.4.4) em congelador para futuras análises.

19.5 Literatura recomendada

BASCOMB, C. L. Distribution of pyrophosphate - extractable iron and organic carbon in soils of various groups. Journal of Soil Science, v. 19, p. 251-268, 1968.

FRANZMEIER, D. P.; HAJEK, B. F.; SIMONSON, C. H. Use of amorphous material to identify spodic horizons. Soil Science Society of America Proceedings, v. 29, p. 737-743, 1965.

HOLMGREN, G. G. S. A rapid citrate-dithionite extractable iron procedure. Soil Science Society of America Proceedings, v. 31, n. 2, p. 210-211, 1967.

INDA JUNIOR, A. V.; KÄMPF, N. Avaliação de procedimentos de extração dos óxidos de ferro pedogênicos com ditionito-citrato-bicarbonato de sódio. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 27, n. 6, p. 1139-1147, 2003.

JACKSON, M. L. Soil chemical analysis. New York: Prentice Hall, 1958. 498 p.

KILMER, V. J. The estimation of free iron oxides in soils. Soil Science Society of America Proceedings, v. 24, p. 420-421, 1960.

MCKEAGUE, J. A.; DAY, J. H. Dithionite and oxalate extractable Fe and Al as aids in differentiating various classes of soils. Canadian Journal of Soil Science, v. 46, n. 1, p. 13-22, 1966.

MEHRA, O. P.; JACKSON, M. L. Iron oxide removal from soils and clays by dithionite-citrate system buffered with sodium bicarbonate. In: NATIONAL CONFERENCE ON Clays and Clay Minerals, 7., 1960, Washington, DC. Proceedings... London: Pergamon Press, 1960. p. 317-327.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

WADA, K. Allophane and imogolite. In: DIXON, J.B.; WEED, S. B. (Ed.). Minerals in soil environments. 2nd ed. Madison: Soil Science Society of America, 1989. p. 1051-1087.

— Capítulo 20 —
SAIS SOLÚVEIS

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Lilian de Oliveira Bassil Pires

20.1 Princípio

Determinação dos sais solúveis nos solos pela medição de cátions e ânions no extrato aquoso. O procedimento descrito é o do extrato obtido na pasta de saturação. A salinidade do solo é estimada pela condutividade elétrica do extrato.

20.2 Preparação do extrato de saturação

20.2.1 Material e Equipamentos

Béquer de plástico de 400 mL.

Funil de buckner.

Espátula de aço inoxidável.

Kitasato de 500 mL.

Proveta de 50 mL.

Bureta volumétrica ou digital.

Balança analítica.

Bomba de vácuo.

20.2.2 Procedimento

Pesar 100 g a 200 g de solo (TFSA) e colocar em béquer de plástico de 400 mL. Em havendo quantidade suficiente de amostra de solo, sugere-se pesar no mínimo 150 g de amostra.

Adicionar água deionizada em quantidade inicial de 15 mL para solos arenosos e 50 mL para os demais.

Amassar a amostra com espátula de aço inoxidável e continuar a adição de água, pouco a pouco, de preferência por meio de bureta de 50 mL.

Dar como concluída essa operação quando a massa do solo apresentar aspecto brilhante ou espelhante, ou quando uma pequena quantidade de água adicionada já não é mais absorvida pela massa do solo, ou ainda, quando a pasta deslizar suavemente na espátula.

Anotar a quantidade de água utilizada e deixar a amostra em repouso durante 4 horas ou uma noite.

Decorrido esse tempo, verificar se a massa do solo apresenta excesso ou falta de água; no primeiro caso, adicionar mais 50 g de solo e repetir a operação de saturação; no segundo caso, adicionar mais água até completar a saturação. Obs.: no caso de a massa apresentar excesso de água, pode-se descartar a amostra e reiniciar o processo.

Determina-se então a percentagem de saturação.

Transferir a pasta saturada para um funil de Buckner contendo papel de filtro e adaptado a um kitasato de 500 mL.

Aplicar a sucção com o uso de bomba de vácuo e coletar o filtrado.

Transferir o extrato para depósito plástico com tampa e anotar o número da amostra.

20.2.3 Cálculo

Em que:

PS – percentagem de água na pasta de saturação, em %.

V – volume de água gasto, em mL.

m – massa da amostra de solo, em g.

20.2.4 Observações

Adicionar uma gota de solução de hexametafosfato de sódio a 1% para cada 25 mL de extrato, quando se determinarem os íons carbonatos e bicarbonatos, para evitar a precipitação do carbonato de cálcio durante o repouso da amostra.

A quantidade de solo a ser usada depende das determinações a serem feitas; entretanto, para solos de textura média, 250 g são suficientes para se obter uma quantidade de extrato razoável. A pasta não deve acumular água na superfície, perder seu brilho ou endurecer durante o repouso (especial cuidado deve-se ter quando se trata de Solos orgânicos, muito argilosos ou sódicos).

20.3 Condutividade elétrica

20.3.1 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 1 L.

Pisseta.

Condutivímetro digital.

Balança analítica.

20.3.2 Reagentes e Soluções

Solução de cloreto de potássio 0,01 mol L-1 – pesar 0,7456 g de cloreto de potássio (KCl) previamente seco em estufa a 110 °C. Colocar em balão volumétrico de 1 L, dissolver em água destilada ou deionizada e completar o volume. A CE dessa solução é de aproximadamente 1,4 mS cm-1.

20.3.3 Procedimento

Utilizar o extrato de saturação obtido (item 20.2.2) e um condutivímetro de leitura direta.

Medir a temperatura do extrato e ajustar o aparelho para essa temperatura; ligar o condutivímetro com certa antecedência e aferir sua leitura com solução de KCl 0,01 mol L-1 (condutividade de 1,4 mS cm-1).

Lavar a célula de condutividade com água duas a três vezes. Secar e inserir a célula no extrato de saturação.

Fazer a leitura direta da condutividade, em mS cm-1.

20.3.4 Observações

Atualmente, existem padrões que podem ser adquiridos no mercado. Nesse caso, devem-se adquirir padrões que sejam indicados para a calibração do aparelho.

Lavar bem a célula com água destilada depois de cada determinação, com o auxílio de uma pisseta, para evitar interferência nos resultados e secar.

Quando necessário (em solos com predominância de argilas expansivas e nos quais não é possível fazer a filtração da pasta de saturação), recorrer ao seguinte procedimento indireto utilizando o solo e o extrato aquoso na proporção 1:1.

Pesar 50 g de solo (TFSA) para Erlenmeyer de 100 mL e adicionar 50 mL de água.

Agitar esporadicamente e deixar em repouso durante uma noite.

Filtrar em papel de filtro comum.

Aplicar a sucção com o uso de bomba de vácuo e coletar o filtrado.

Utilizar o filtrado, mesmo sendo turvo, e medir a condutividade elétrica, em mS cm-1.

A percentagem de água na pasta saturada é obtida conforme especificado no item 20.2.2.

20.4 Cátions solúveis

20.4.1 Princípio

O cálcio e magnésio solúveis são determinados pelo espectrômetro de absorção atômica (EAA) ou ICP-OES, e o sódio e potássio, pelo fotômetro de chama nos extratos diluídos. Interferências nas determinações pelo EAA são eliminadas pela adição de lantânio.

20.4.2 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 100 mL, 200 mL, 500 mL e 1 L.

Pipetas volumétricas de 5 mL, 50 mL e 100 mL.

Balança analítica.

Espectrômetro de absorção atômica com chama ou ICP-OES.

Fotômetro de chama.

20.4.3 Reagentes e Soluções

Solução padrão de KCl e NaCl 0,1 cmolc L-1 – pesar 0,0746 g de KCl e 0,0585 g de NaCl previamente secos em estufa e dissolver em solução de HCl 0,05 mol L-1 até completar o volume em balão volumétrico de de 1 L.

Solução de ácido clorídrico (HCl) 0,05 mol L-1 – em balão volumétrico de 1 L, adicionar cerca de 500 mL de água destilada ou deionizada (metade do volume do balão volumétrico), verter 4,15 mL de HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução padrão de Ca 1.000 mg L-1 – pesar 2,7692 g de CaCl2 e dissolver em balão volumétrico de 1 L com água destilada ou deionizada. Completar o volume. Homogeneizar.

Solução padrão de Ca 250 mg L-1 – pipetar 50,00 mL da solução padrão de Ca 1.000 mg L-1 para balão volumétrico de 200 mL e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução padrão de Mg 1.000 mg L-1 – pesar 3,9173 g de MgCl2 e dissolver em balão volumétrico de 1 L com água destilada ou deionizada. Completar o volume. Homogeneizar.

Solução padrão de Mg 25 mg L-1 – pipetar 5,00 mL da solução padrão de Mg 1.000 mg L-1 para balão volumétrico de 200 mL e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução padrão de K+ e Na+ – pipetar para balões volumétricos de 500,00 mL as seguintes quantidades da solução padrão de KCl e NaCl (0,1 cmolc L-1): 50 mL, 100 mL, 150 mL e 200 mL; completar o volume com solução de HCl 0,05 mol L-1; transferir para frascos e anotar no rótulo as concentrações de 0,01 cmolc L-1; 0,02 cmolc L-1; 0,03 cmolc L-1 e 0,04 cmolc L-1, respectivamente. Passar essas quatro soluções no fotômetro e anotar os valores das leituras, sendo recomendável que a leitura do padrão de 0,02 cmolc L-1 de K+ ou Na+ represente exatamente a metade da escala do galvanômetro. Traçar o gráfico leitura vs concentração e determinar o fator fk.

Solução de lantânio 1% – pesar 1,1728 g de La2O3. Umedecer com água destilada e transferir, com lavagens sucessivas, para balão volumétrico de 100 mL. Adicionar, aos poucos, HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) até verificar a completa dissolução do óxido. Completar o volume com água destilada ou deionizada.

20.4.4 Procedimento

20.4.4.1 Ca e Mg solúveis por absorção atômica

Pipetar 0,1 mL do extrato de saturação (item 20.2.2), para Erlenmeyer de 20 mL.

Adicionar 4,9 mL de solução de lantânio a 1 g L-1.

Homogeneizar. Efetuar a leitura no espectrômetro de absorção atômica com chama.

20.4.4.2 Ca e Mg solúveis por ICP-OES

Passar o extrato de saturação (item 20.2.2) no ICP-OES.

Proceder à leitura, diluindo o extrato em água ultrapura quando a leitura ultrapassar a escala do aparelho.

20.4.4.3 Na e K solúveis

Passar o extrato de saturação (item 20.2.2) no fotômetro de chama.

Proceder à leitura, diluindo o extrato quando a leitura ultrapassar a escala do aparelho.

20.4.5 Cálculos

20.4.5.1 Ca, Mg, K e Na solúveis

20.4.5.1.1 Concentração de cátions no extrato

Em que:

Ca, Mg – concentração de Ca e de Mg, respectivamente, no extrato, em cmolc L-1.

L – leitura do extrato obtida no espectrômetro de absorção atômica ou no ICP-OES (mg L-1 de Ca ou Mg).

d – fator considerando a diluição do extrato de leitura da pasta de saturação.

Peso Equivalente de Ca – 20,0.

Peso Equivalente de Mg – 12,2.

Em que:

L – leitura do extrato obtida no fotômetro, em absorbância.

a – coeficiente angular da reta dos padrões (intercepto).

b – coeficiente linear da reta dos padrões.

20.4.5.1.2 Concentração de cátions no solo

20.4.5.1.2.1 Para aparelhos que dão leitura direta em concentração

ou

Em que:

Ca, Mg, Na, K – concentração de Ca, Mg, Na e K, respectivamente, no solo, em cmolc kg-1.

L1 – leitura do extrato da amostra (em mg L-1) obtida no fotômetro de chama para Na e K. Para Ca e Mg, a leitura (em mg L-1) é obtida no espectrômetro de absorção atômica ou ICP-OES.

L2 – leitura do extrato da amostra (em meq L-1) obtida no fotômetro de chama para Na e K. Para Ca e Mg, a leitura (em meq L-1) é obtida no espectrômetro de absorção atômica ou ICP-OES.

d – fator considerando a diluição do extrato de leitura. Se for possível a leitura direta do extrato no fotômetro ou no ICP-OES, considerar d = 1.

PS – percentagem de água na pasta de saturação (item 20.2.2).

Peso Equivalente de K – 39,0.

Peso Equivalente de Mg – 23,0.

20.4.5.1.2.2 Para aparelhos que não dão leitura direta em concentração

Em que:

L – leitura do aparelho, em absorbância.

d – fator considerando a diluição do extrato de leitura. Se for possível a leitura direta do extrato, considerar f = 1.

PS – percentagem de água na pasta de saturação (item 20.2.2).

20.4.5.2 Relação de adsorção de sódio (RAS)

Em que:

Na, Ca e Mg – teores de Na, Ca e Mg no extrato de saturação, em cmolc L-1 (item 20.4.5.1).

20.4.6 Observações

Para o cálculo da concentração em função dos valores obtidos com os padrões de 0,01 cmolc L-1, 0,02 cmolc L-1, 0,03 cmolc L-1 e 0,04 cmolc L-1 de Na+ e K+, proceder da mesma forma indicada no item 3.2.6, adaptando-os para cmolc L-1. Geralmente é necessário proceder a diluições para tornar possível a leitura no aparelho.

20.5 Ânions solúveis

Determinações dos carbonatos, bicarbonatos, cloretos e sulfatos.

20.5.1 Carbonatos

20.5.1.1 Princípio

Determinação por acidimetria com H2SO4 em presença da fenolftaleína como indicador.

20.5.1.2 Material e Equipamentos

Pipetas volumétricas de 10 mL e 25 mL.

Proveta.

Bureta volumétrica ou digital (microbureta).

Erlenmeyer.

Balança analítica.

Microbureta.

20.5.1.3 Reagentes e Soluções

Solução de fenolftaleína a 1% – dissolver 1 g de fenolftaleína em 100 mL de álcool etílico a 60%.

Solução de H2SO4 1 mol L-1 – transferir 14 mL de ácido sulfúrico concentrado para balão volumétrico de 1 L contendo aproximadamente 800 mL de água. Deixar esfriar e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de H2SO4 0,0125 mol L-1 – transferir 12,5 mL da solução de H2SO4 1 mol L-1 para balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada ou deionizada.

20.5.1.4 Procedimento

Pipetar alíquota de 10,00 mL a 25,00 mL do extrato de saturação e colocar em Erlenmeyer de 125 mL.

Adicionar três gotas de fenolftaleína e titular com solução de H2SO4 0,0125 mol L-1, preferivelmente utilizando microbureta de 10 mL, até viragem para rósea.

Anotar o volume gasto.

Obs.: caso a extração não apresente coloração rosa com a fenolftaleína, o valor de CO32- é nulo.

20.5.1.5 Cálculo

Em que:

V – volume da solução de ácido sulfúrico gasto na titulação da amostra, em mL.

Va – volume utilizado da alíquota do extrato de saturação, em mL.

20.5.1.6 Observação

A titulação deve ser feita em local bem iluminado (luz fluorescente), sendo o Erlenmeyer colocado sobre azulejo branco; uma mesma quantidade de água deve ser colocada em um Erlenmeyer, assim como o mesmo número de gotas do indicador, para comparação com a amostra; essa mesma alíquota é usada para determinação dos bicarbonatos.

20.5.2 Bicarbonatos

20.5.2.1 Princípio

Determinação por acidimetria com H2SO4 no extrato após determinação do carbonato em presença de alaranjado de metila como indicador.

20.5.2.2 Material e Equipamentos

Pipetas.

Erlenmeyer.

Balão volumétrico de 100 mL e de 1 L.

Balança analítica.

Bureta volumétrica ou digital.

20.5.2.3 Reagentes e Soluções

Indicador alaranjado de metila 0,01% – pesar 0,01 g do indicador, dissolver em água destilada e completar o volume para 100 mL.

Solução de H2SO4 1 mol L-1 – transferir 14 mL de ácido sulfúrico concentrado para balão volumétrico de 1 L contendo aproximadamente 800 mL de água. Deixar esfriar e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de H2SO4 0,0125 mol L-1 – transferir 12,5 mL da solução de H2SO4 1 mol L-1 para balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada ou deionizada.

20.5.2.4 Procedimento

Após a titulação dos carbonatos, adicionar três gotas do indicador alaranjado de metila e continuar a adição do ácido sulfúrico 0,0125 mol L-1 contido na bureta, até viragem da cor rósea para alaranjada. Anotar o volume total gasto.

Utilizar uma prova em branco, ou seja, o total usado com a fenolftaleína e com o alaranjado de metila.

20.5.2.5 Cálculo

Em que:

V1 – volume de ácido gasto na titulação utilizando alaranjado de metila como indicador, em mL.

V – volume de ácido gasto na titulação utilizando fenolftaleína como indicador, em mL (item 20.5.1.4).

c – volume da alíquota de extrato da pasta de saturação, em mL.

21.5.2.6 Observação

A mesma alíquota usada para a determinação de bicarbonato pode ser usada para determinação dos cloretos.

20.5.3 Cloretos

20.5.3.1 Princípio

Determinação volumétrica com AgNO3 em presença de K2CrO4 como indicador.

20.5.3.2 Material e Equipamentos

Pipetas volumétricas de 5 mL, 10 mL ou 25 mL.

Pipeta graduada de 10 mL.

Bastão de vidro.

Erlenmeyer.

Cápsula de porcelana.

Balão volumétrico de 100 mL e de 1 L.

Balança analítica.

Bureta volumétrica âmbar ou digital (Microbureta âmbar).

20.5.3.3 Reagentes e Soluções

Solução de cromato de potássio 5% – pesar 5 g do K2CrO4 e dissolver em 50 mL de água destilada; adicionar gota a gota solução de AgNO3 0,05 mol L-1, até formação de precipitado permanente; filtrar e diluir para 100 mL.

Solução de nitrato de prata 0,05 mol L-1 – pesar exatamente 8,494 g de AgNO3 puro e dissolver em água destilada contida em balão volumétrico de 1 L, agitar e completar o volume. Guardar em vidro escuro.

20.5.3.4 Procedimento

Pipetar alíquota de 1 mL a 25 mL do extrato de saturação; dependendo do teor salino da amostra, colocar em cápsula de porcelana de 150 mL e diluir para volume de 25 mL.

Adicionar cinco gotas de cromato de potássio e agitar bem com bastão de vidro.

Titular com solução de AgNO3 0,05 mol L-1 até a formação de coloração vermelha persistente.

20.5.3.5 Cálculo

Em que:

Va – volume da solução de AgNO3 gasto na titulação da amostra, em mL.

Vb – volume da solução de AgNO3 gasto na titulação da prova em branco, em mL.

V – volume da alíquota tomada do extrato de saturação, em mL.

20.5.3.6 Observações

Empregar microbureta âmbar de 10 mL. A titulação não deve ir além dos 12 mL de AgNO3, sendo feitas as diluições necessárias para que fique numa faixa de 2 mL a 8 mL. Paralelamente, deve ser feita uma prova em branco com o cromato de potássio para verificação de viragem e do volume de AgNO3 gasto, o qual participará do cálculo.

Para determinação de cloretos em baixas ou altas concentrações, o método complexiométrico do nitrato mercúrico em meio ácido por meio da formação do complexo azul/violeta Hg-difenilcarbazona é considerado excelente.

20.5.4 Sulfatos

20.5.4.1 Princípio

Precipitação do sulfato com BaCl2 e determinação gravimétrica.

20.5.4.2 Material e Equipamentos

Pipetas.

Papel de filtro.

Béquer de 250 mL.

Bastão de vidro.

Erlenmeyer.

Balão volumétrico de 100 mL e de 1 L.

Pipeta volumétrica de 25 mL.

Cadinho de porcelana.

Balança analítica.

Chapa aquecedora.

Banho-maria.

Mufla.

Dessecador.

20.5.4.3 Reagentes e Soluções

Ácido clorídrico concentrado

Solução de BaCl2 10 % – pesar 100 g de BaCl2.2H2O, dissolver em água destilada ou deionizada e completar o volume para 1 L.

Indicador alaranjado de metila 0,1 % – dissolver 0,1 g do indicador em 100 mL de água.

20.5.4.4 Procedimento

Pipetar alíquota de 25,00 mL do extrato de saturação; colocar em béquer de 250 mL e adicionar 100 mL de água.

Juntar três gotas de alaranjado de metila 0,1% e 1 mL de ácido clorídrico concentrado.

Colocar em chapa aquecedora e, quando se iniciar a ebulição, adicionar a solução de cloreto de bário 10% até ligeiro excesso, agitando com bastão de vidro, energicamente, para formação do precipitado.

Colocar em banho-maria até reduzir o volume para aproximadamente 50 mL.

Deixar esfriar e filtrar em papel de filtro sem cinzas, lavando com água quente até que uma pequena porção do filtrado não apresente reação pelo nitrato de prata.

Colocar o papel de filtro, dobrado, em cadinho de porcelana recém-pesado, levar para forno mufla e calcinar até temperatura de 750 °C.

Deixar esfriar em dessecador e pesar com aproximação de 0,0001 g.

20.5.4.5 Cálculo

Em que:

a – massa do precipitado de BaSO4, em mg.

b – volume da alíquota tomada do extrato de saturação, em mL.

20.5.4.6 Observação

Outros métodos podem ser empregados para determinação dos sulfatos, especialmente quando os teores destes íons são baixos; entretanto, este método é considerado como o mais preciso.

20.6 Literatura recomendada

ASSOCIATION OF OFFICIAL ANALYTICAL CHEMISTS. Official methods of analysis of the Association of Official Analytical Chemists. 11th ed. Washington, DC, 1970. 1015 p.

BLAKEMORE, L. C.; SEARLE, P. L.; DALY, B. K. Methods for chemical analysis of soils. Wellington: New Zeland Soil Bureau, 1981. (Scientific report, 10A).

NELSON, R. E. Semimicro determination of sulfate in water extracts of soil. Soil Science Society of America Proceedings, v. 34, n. 2, p. 343-345, 1970.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RICHARDS, L. A. (Ed.). Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. Washington, DC: USDA, 1954. 160 p. (USDA. Agriculture handbook, 60).

SCHALES, O.; SCHALES, S. S. A simple and accurate method for the determination of cloride in biological fluids. Journal of Biological Chemistry, v. 140, p. 879-884, 1941.

SEARLE, P. L. Measurement of adsorbed sulphate in soils - effects of varying soil: extractant ratios and methods of measurement. New Zeland Journal of Agricultural Research, v. 22, n. 2, p.287-290, 1979.

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

— Capítulo 21 —
EQUIVALENTE DE CARBONATO DE CÁLCIO

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

Simone Pimenta Vidal Pérez

21.1 Princípio

Ataque da amostra com excesso de solução padrão de HCl e titulação do excesso de ácido com solução de NaOH padrão. A diferença entre o número de moles adicionados e os titulados representa o percentual de CaCO3 na amostra.

21.2 Material e Equipamentos

Pipetas volumétricas de 25 e 50 mL.

Balões volumétricos de 100 mL, 200 mL e de 1 L.

Proveta de 50 mL.

Cápsula de porcelana de 200 mL.

Bureta volumétrica ou digital.

Balança analítica.

21.3 Reagentes e Soluções

Solução de HCl 0,5 mol L-1 – adicionar 43 mL de HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) em balão volumétrico de 1 L previamente preenchido até a metade com água destilada ou deionizada. Completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar. Padronizar a solução.

Solução de NaOH 0,25 mol L-1 – pesar 10 g de NaOH sólido e transferir para balão volumétrico de 1 L. Dissolver e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar. Padronizar a solução.

Fenolftaleína 1% – dissolver 1 g do indicador em 100 mL de álcool etílico 95%. Homogeneizar.

Solução padrão primário de biftalato de potássio (KHC8H4O4) 0,250 mol L-1 – pesar 5,106 g de biftalato de potássio (hidrogeno ftalato de potássio), previamente seco em estufa a 100 °C por 2 horas. Adicionar aproximadamente 20 mL de água destilada ou deionizada e aquecer até 40 °C. Transferir para balão volumétrico de 100 mL. Completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

21.3.1 Padronização da solução de NaOH 0,25 mol L-1

Pipetar 25,00 mL da solução padrão de biftalato de potássio 0,250 mol L-1 e transferir para Erlenmeyer de 125 mL. Adicionar três gotas do indicador fenolftaleína. Titular com a solução de NaOH 0,25 mol L-1 até o surgimento da cor levemente rosada.

Em que:

[NaOHpad] – concentração da solução padronizada de NaOH, em mol L-1.

[BifK] – concentração da solução padrão primário de biftalato de potássio = 0,250 mol L-1.

V – volume da solução de NaOH 0,25 mol L-1 gasto na titulação do biftalato, em mL.

21.3.2 Padronização da solução de HCl 0,5 mol L-1

Pipetar 10 mL da solução preparada de HCl 0,5 mol L-1 para Erlenmeyer de 125 mL e adicionar três gotas de fenolftaleína. Titular com a solução padronizada de NaOH até viragem para rosa.

Em que:

[HClpad] – concentração da solução padronizada de HCl, em mol L-1.

[NaOHpad] – concentração da solução padronizada de NaOH, em mol L-1.

V – volume da solução padronizada de NaOH gasto na titulação do HCl, em mL.

21.4 Procedimento

Pesar 5 g a 25 g de solo (TFSA) em béquer de forma alta de 250 mL e adicionar 50,00 mL de HCl 0,5 mol L-1 por meio de pipeta volumétrica ou bureta volumétrica.

Cobrir o béquer com vidro de relógio e colocar em chapa aquecedora. Após o início da fervura, manter a solução na chapa por 5 minutos.

Deixar esfriar, lavar o vidro de relógio com água destilada ou deionizada.

Filtrar para balão volumétrico de 200 mL usando funil e papel de filtração média ou lenta tendo cuidado de lavar bem o béquer e o filtro de papel. Completar o volume.

Pipetar 50,00 mL da solução, transferir para Erlenmeyer de 125 mL e adicionar três gotas de fenolftaleína 1%.

Titular com solução padronizada de NaOH.

21.5 Cálculo

Em que:

Valor 50 – volume adicionado da solução padronizada de HCl 0,5 mol L-1, em mL.

HClpad – concentração da solução padronizada de HCl, em mol L-1.

V – volume gasto da solução padronizada de NaOH, em mL.

m – massa da amostra de solo, em g.

21.6 Observações

A quantidade de amostra a pesar é definida em função do grau de efervescência que a amostra apresentar quando umedecida com HCl 50%. A reação pode ser fraca, moderada ou forte.

Titular lentamente e perceber o tom amarelado que indica a viragem próxima.

Em caso de dúvida na viragem, anotar o valor gasto na titulação e adicionar mais uma gota. Deverá ser admitido o primeiro rosa persistente.

Em algumas amostras, a presença de Fe dificulta a visualização da viragem. Nesse caso, titular cautelosamente e, de quando em quando, cessar a agitação para aguardar a precipitação dp Fe. Isso deixará na faixa superior da solução uma faixa límpida onde se pode ver a coloração da viragem.

Geralmente, quando a amostra apresenta muita matéria orgânica, o extrato apresenta coloração castanha, o que impossibilita a percepção da viragem. Assim, procede-se a determinação em potenciômetro, gotejando o NaOH 0,25 mol L-1 até elevar o pH a 7,0, anotando o volume gasto.

21.7 Literatura recomendada

ASSOCIATION OF OFFICIAL ANALYTICAL CHEMISTS. Official methods of analysis of the Association of Official Analytical Chemists. 11th ed. Washington, DC, 1970. 1015 p.

METSON, A. J. Methods of chemical analysis for soil survey samples. Wellington: New Zeland Soil Bureau, 1956. 207 p. (Bulletin, 12).

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RICHARDS, L. A. (Ed.). Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. Washington, DC: USDA, 1954. 160 p. (USDA. Agriculture handbook, 60).

— Capítulo 22 —
ENXOFRE

David Vilas Boas de Campos

Paulo César Teixeira

22.1 Introdução

A dinâmica do enxofre no solo envolve reações de oxirredução, mineralização e imobilização, e adsorção de sulfato(s) nos coloides do solo. A complexidade dessas transformações torna difícil a avaliação da disponibilidade de S para as plantas. Alguns trabalhos têm enfatizado que os solos da região central do Brasil são originalmente deficientes em enxofre. A exploração e o manejo a que são submetidos esses solos podem agravar esse problema, cuja tendência é de intensificação com o decorrer do tempo. Dentre os aspectos do manejo do solo e das culturas que estão relacionados com a intensificação desse problema, destacam-se: a utilização de fórmulas de adubos concentrados e de inseticidas e fungicidas que não contêm S e a maior extração desse nutriente por meio de produções elevadas obtidas pelo emprego de tecnologias mais avançadas.

A determinação de enxofre, aliada ao baixo pH, pode servir de referência para a caracterização de solos tiomórficos.

22.2 Princípio

Ataque da amostra com HCl 1:1, precipitação com BaCl2, calcinação do BaSO4 e determinação gravimétrica do precipitado. Essa determinação aliada ao baixo pH serve de referência para a caracterização de solos tiomórficos.

22.3 Material e Equipamentos

Erlenmeyer de 500 mL.

Balão volumétrico de 100 mL, 250 mL e 1 L.

Proveta de 50 mL ou 100 mL.

Pipeta volumétrica de 50 mL.

Bastão de vidro.

Béquer de 250 mL.

Cadinho de platina ou porcelana.

Condensador de refluxo.

Dessecador.

Papel de filtro.

Forno mufla com termostato e regulagem de temperatura.

Balança analítica.

Chapa aquecedora.

22.4 Reagentes e Soluções

Solução de HCl 1:1 – medir 500 mL de HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) em proveta graduada e completar o volume a 1 L com água destilada ou deionizada em balão volumétrico. Obs.: adicionar pelo menos 300 mL de água destilada no balão volumétrico antes de adicionar o ácido concentrado.

Solução de BaCl2 10% – pesar 100 g do sal e dissolver em 1 L de água destilada ou deionizada.

Solução de AgNO3 5% – pesar 5 g do sal e dissolver em 100 mL de água destilada ou deionizada em balão volumétrico de 100 mL. Completar o volume e homogeneizar.

22.5 Procedimento

Pesar 10 g de solo (TFSA) e colocar em Erlenmeyer de 500 mL.

Adicionar 50 mL de HCl 1:1 e ferver durante meia hora, usando condensador de refluxo para evitar evaporação.

Deixar esfriar, adicionar 50 mL de água destilada ou deionizada e filtrar para balão volumétrico de 250 mL, completando o volume.

Pipetar 50,00 mL do extrato obtido para béquer de 250 mL e adicionar 10 gotas de HNO3 concentrado.

Aquecer o extrato até início de ebulição, adicionando, em seguida, gota a gota, 10 mL de solução de BaCl2 10%, agitando com bastão de vidro até completa precipitação do sulfato (SO42-).

Filtrar em papel de filtro isento de cinzas, lavando com água quente até que uma pequena porção do filtrado não apresente reação com AgNO3 5%.

Colocar o precipitado retido no papel de filtro, bem dobrado, em cadinho de platina ou porcelana recém-tratado, levar para forno mufla e calcinar até temperatura de 750 °C (rubro).

Deixar esfriar em dessecador contendo sílica-gel ou CaCl2 sólido e pesar com aproximação de 0,0001 g.

22.6 Cálculo

Em que:

m – massa do precipitado (BaSO4), em g.

Valor 68,65 – fator de conversão de sulfato para enxofre

22.7 Literatura recomendada

ASSOCIATION OF OFFICIAL ANALYTICAL CHEMISTS. Official methods of analysis of the Association of Official Analytical Chemists. 11th ed. Washington, DC, 1970. 1015 p.

BOWER, C. A.; WILCOX, L. V. Solube salts. In: BLACK, C. A.; EVANS, D. D; ESNMINGER, L. E.; CLARK, F. E. (Ed.). Methods of soil analysis: part 2: chemical and microbiological properties. Madison: American Society of Agronomy, 1965. p. 933-951.

NELSON, R. E. Semimicro determination of sulfate in water extracts of soil. Soil Science Society of America Proceedings, v. 34, n. 2, p. 343-345, 1970.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RICHARDS, L. A. (Ed.). Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. Washington, DC: USDA, 1954. 160 p. (USDA. Agriculture handbook, 60).

SEARLE, P. L. Measurement of adsorbed sulphate in soils - effects of varying soil: extractant ratios and methods of measurement. New Zeland Journal of Agricultural Research, v. 22, n. 2, p. 287-290, 1979.

— Capítulo 23 —
MICROELEMENTOS

David Vilas Boas de Campos

Paulo César Teixeira

23.1 Introdução

O conhecimento da disponibilidade de micronutrientes no solo é fundamental para recomendações de fertilização adequadas, para evitar problemas de deficiência ou toxicidade. Para a escolha de um método de análise do solo, é fundamental uma correlação positiva entre a concentração de nutrientes determinada pelo método ea quantidade de nutrientes absorvida pelas plantas (Lopes; Abreu, 2000).

23.2 Princípio

Extração dos microelementos por meio de solução quelante (DTPA) ou solução mista de ácidos. A determinação dos elementos é feita por espectrometria de absorção atômica com chama ou por espectrômetria de emissão ótica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES).

O método da absorção atômica de chama usa como princípio a absorção de radiação ultravioleta por parte dos elétrons, que, ao sofrerem um salto quântico depois de devidamente excitados por uma fonte de energia (por exemplo, a chama de um gás e um comburente, como o acetileno a 3.000 ºC, no caso da espectrometria de absorção atômica de chama), devolvem a energia recebida para o meio, voltando, então, para a sua camada orbital de origem.

O princípio geral do ICP-OES baseia-se na energização do átomo, que resulta no movimento de elétrons de um orbital mais próximo para outro mais afastado do núcleo, deixando o átomo num estado excitado. O estado de ionização é atingido quando a energização é elevada, transformando o átomo num íon. Após o processo de excitação, os elétrons dos átomos excitados e/ou dos íons excitados retornam rapidamente ao orbital de origem, emitindo energia eletromagnética, fótons, com comprimento de onda específico para cada elemento e cada transição. No espectrofotômetro, os fótons são transformados em sinais eletrônicos, que são convertidos em concentração, após as devidas calibrações (Boss; Fredeen, 1997).

23.3 Material e Equipamentos

Balão volumétrico de 1 L.

Erlenmeyer de 50 mL ou tubos falcon de 50 mL.

Proveta de 5 mL ou 10 mL e 100 mL.

Pipetas de 20 mL e 25 mL.

Filtro de papel.

pHmetro.

Balança analítica.

Agitador mecânico orbital.

Centrífuga.

Espectrômetro de absorção atômica de chama ou espectrômetro de emissão ótica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES).

23.4 Reagentes e soluções

Solução extratora DTPA – pesar 14,92 g de TEA, 1,967 g de ácido dietilenotriamina penta acético (DTPA) (C14H23N3O10) e 1,47 g de cloreto de cálcio p.a. (CaCl2.2H2O). Colocar em balão volumétrico de 1 L, contendo 900 mL de água destilada ou deionizada. Dissolver, ajustar o pH até 3 com solução de HCl 1 mol L-1 e completar o volume com água.

Soluções padrão de Cu, Zn, Fe, Mn – adquirir padrões de 1.000 mg L-1 desses elementos, individuais ou misto.

Solução extratora de Mehlich-1 (HCl 0,05 mol L-1 + H2SO4 0,0125 mol L-1) – colocar em balão volumétrico de 1 L contendo 500 mL de água destilada ou deionizada, 4,15 mL de HCl p.a (d = 1,19 e 37%) e 0,68 mL de H2SO4 p.a (d = 1,84 e 98%). Completar o volume com água. Homogeneizar.

Solução de HCl 1 mol L-1 – adicionar 84 mL de HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) em balão volumétrico de 1 L previamente preenchido até a metade com água destilada ou deionizada. Completar o volume.

23.5 Procedimento

Duas técnicas de extração são descritas sucessivamente.

23.5.1 Método DTPA

Pesar 10 g de solo e colocar em Erlenmeyer de 50 mL (ou em tubos falcon de 50 mL).

Adicionar 20 mL da solução extratora DTPA.

Agitar por 2h em agitador mecânico orbital a 22 rpm e filtrar imediatamente a suspensão (em alguns casos, deve-se centrifugar e filtrar). No filtrado, determinar os micronutrientes por espectrometria de absorção atômica de chama, utilizando lâmpadas apropriadas para cada elemento, ou por espectrometria de emissão ótica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES).

Caso necessário, fazer a diluição do extrato de leitura e realizar nova determinação.

23.5.2 Método de Mehlich modificado

Pesar 5 g de solo e colocar em Erlenmeyer de 50 mL (ou em tubos falcon de 50 mL).

Adicionar 25 mL de solução extratora de Mehlich-1 (item 23.4).

Agitar por 5 minutos em agitador mecânico horizontal (ou orbital a 22 rpm) e filtrar imediatamente a suspensão. No filtrado, determinar os micronutrientes por espectrometria de absorção atômica de chama, utilizando lâmpadas apropriadas para cada elemento, ou por espectrometria de emissão ótica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES).

Caso necessário, fazer a diluição do extrato de leitura e realizar nova determinação.

23.6 Cálculo

Em que:

L – leitura do extrato, em mg L-1.

Valor 5 – equivale a 200/40, sendo 200 da mudança de 5 g para 1 kg de solo e 40 da divisão de 1.000 mL para a alíquota de 25 mL.

23.7 Observações

Por conveniência, pode-se preparar volumes maiores das soluções extratoras (exemplo, 5 L) utilizando reagentes com massas e volumes proporcionais.

Caso necessário, fazer a diluição do extrato de leitura e considerar também a diluição feita para o cálculo.

23.8 Referências

BOSS, C. B.; FREDEEN, K. J. Concepts, instrumentation and techniques in inductively coupled plasma optical emission spectrometry. New York: Perkin Elmer, 1997. 110 p.

LOPES, S. D.; ABREU, C. A. Micronutrientes na agricultura brasileira: evolução histórica e futura. In: NOVAIS, R. F. de; ALVAREZ V., V. H.; SCHAEFER, C. E. G. R. (Ed.). Tópicos em ciência do solo. Viçosa, MG: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2000. v. 1, p. 265-298.

23.9 Literatura recomendada

ASSUMPÇÃO, J. C. de. Comparação dos extratores EDTA, DTPA e acetato de amônio NH4OAc, com o extrator de Mehlich na determinação de micronutrientes em solos tropicais. 1995. 118 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal Fluminense, Niterói.

BATAGLIA, O. C.; RAIJ, B. van. Eficiência de extratores de micronutrientes na análise de solos. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 13, n. 2, p. 205-212, 1989.

LINDSAY, W. L.; NORVELL, W. A. Development of DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil Science Society of America Journal, v. 42, n. 3, p. 421-428, 1978.

LINDSAY, W. L.; NORVELL, W. A. Equilibrium relationships of Zn+2, Fe+3, Ca+2 and H+ with EDTA and DTPA in soils. Soil Science Society of America Journal, v. 33, n. 1, p. 62-68, 1969.

MATAR, A. E. Soil testing as a guide to fertilization in west Asia and North Africa (Wana) region. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 23, n. 17/20, p. 2.075-2.085, 1992.

MEHLICH, A. Determination of P, Ca, Mg, K, Na and NH4. Raleigh: North Carolina Soil Testing Division, 1953. 195 p.

MILAGRES, J. J. M.; ALVAREZ V., V. H.; CANTARUTTI, R. B.; NEVES, J. C. L. Determinação de Fe, Zn, Cu e Mn extraídos do solo por diferentes extratores e dosados por espectrofotometria de emissão ótica em plasma induzido e espectrofotometria de absorção atômica. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 31, n. 2, p. 237-245, 2007.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

PECK, T. R. Soil testing: past, present and future. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 21, n. 13/16, p. 1.165-1.186, 1990.

RAIJ, B. van. New diagnostic techniques, universal soil extractants. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 25, n. 7/8, p. 799-816, 1994.

RAIJ, B. van; BATAGLIA, O. C. Análise química do solo. In: FERREIRA, M. E.; CRUZ, C. P. Micronutrientes na agricultura. Piracicaba: Associação Brasileira para Pesquisa do Potássio e do Fosfato, 1991. p. 333-355.

SARTO, M. V. M; STEINER, F.; LANA, M. C. Assessment of micronutrient extractants from soils of Paraná, Brazil. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 35, n. 6, p. 2.093-2.103, 2011.

SIMS, J. T. Comparison of mehlich 1 and mehlich 3 extractants for P, K, Ca, Mg, Cu and Zn in atlantic coastal plain soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 20, n. 17/18, p. 1707-1726, 1989.

— Capítulo 24 —
ATAQUE TRIÁCIDO

David Vilas Boas de Campos

Paulo César Teixeira

24.1 Princípio

Minerais e compostos orgânicos componentes do solo são totalmente solubilizados por meio da digestão com uma mistura ternária de ácidos fortes e concentrados (HNO3+HF+HClO4), liberando seus elementos constituintes posteriormente determinados por métodos complexométricos ou espectrométricos.

24.2 Material e Equipamentos

Béquer de 50 mL.

Balão volumétrico de 50 mL.

Proveta de 5 mL e 10 mL.

Béquer de teflon ou cadinho de Pt.

Espectrômetro de absorção atômica com chama.

Banho de areia.

Balança analítica.

Estufa.

Espectrômetro de absorção atômica com chama.

24.3 Reagentes

Ácido perclórico concentrado (HClO4).

Ácido nítrico concentrado (HNO3).

Ácido clorídrico concentrado (HCl).

Ácido fluorídrico concentrado (HF).

24.4 Procedimento

Pesar 1 g de solo e, em capela de exaustão de gases, adicionar 2 mL de HNO3 e 2 mL de HClO4. Usar béquer de teflon ou cadinho de Pt em banho de areia. Aquecer até evaporação completa. Deixar esfriar.

Adicionar 3 mL de HClO4 e 5 mL de HF. Deixar em contato durante a noite. Pela manhã, aquecer até evaporação completa, deixar esfriar.

Repetir item acima.

Adicionar 3 mL de HClO4. Aquecer até evaporação completa. Deixar esfriar.

Dissolver e suspender o resíduo com 8 mL de água e 3 mL de HCl (d = 1,19 g cm-3 e 37%). Aquecer até que a solução fique límpida. Transferir para béqueres de 50 mL e colocar em estufa (70 °C) durante a noite. Deixar esfriar, transferir para balão volumétrico de 50 mL e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Determinar o Fe, Al e outros elementos por espectrometria de absorção atômica com chama, preparando padrões apropriados para cada elemento.

24.5 Observação

O ácido fluorídrico (HF) é uma substância que deve ser utilizada com muito cuidado. O seu maior perigo é que, se em contato com a pele, esta não se queima, sendo os danos internos, enfraquecendo e até corroendo parte do osso. O uso de EPI é obrigatório.

24.6 Literatura recomendada

HILLEBRAND, W. F.; LUNDELL, G. E.; BRIGHT, H. A.; HOFFMANN, J. I. Applied inorganic analysis with special reference to the analysis of metals, minerals and rocks. 2nd ed. New York: J. Wiley, 1953. 1034 p.

JACKSON, M. L. Soil chemical analysis. New York: Prentice Hall, 1958. 498 p.

JACKSON, M. L. Soil chemical analysis: advanced course. Madison: University of Wisconsin, 1974. 895 p.

MELO, M. E. C. C.; JOHAS, R. A. L.; DURIEZ, M. A. M.; ARAÚJO, W. S. Teores de ferro na terra fina e na argila por ataques sulfúrico e triácido e extração pelo CBD. In: EMBRAPA. Serviço Nacional de Levantamento e Conservação de Solos. Investigações coligadas em variedades selecionadas de Latossolos do Brasil Sudeste e Sul: exposição provisória de informações preliminares; contribuição à III Reunião de Classificação, Correlação de Solos e Interpretação da Aptidão Agrícola. Rio de Janeiro, 1984. p. 68-79.

PRATT, P. F. Digestion with hydrofluoric and percholoric acids for total potassium and sodium. In: BLACK, C. A.; EVANS, D. D; ESNMINGER, L. E.; CLARK, F. E. (Ed.). Methods of soil analysis: part 2: chemical and microbiological properties. Madison: American Society of Agronomy, 1965. p. 1019-1021.

PRATT, P. F.; ALVAHYDO, R. Características de permuta de cátions de alguns solos do Estado de São Paulo. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 1, n. 1, p. 401-406, 1966.

— Capítulo 25 —
FÓSFORO REMANESCENTE

Victor Hugo Alvarez Venegas

Roberto Ferreira Novais

Reinaldo Bertola Cantarutti

Paulo César Teixeira

David Vilas Boas de Campos

25.1 Introdução

A concentração de fósforo remanescente (Prem) pode ser utilizada para medir indiretamente a capacidade tampão do solo em relação a P, S e Zn. Para extratores sensíveis à capacidade tampão do solo, a Prem é necessária para estimar os níveis críticos do P, do S e do Zn para solos com diferentes capacidades tampão e, por conseguinte, é imprescindível para fazer o diagnóstico da disponibilidade desses nutrientes.

Com a Prem, estimam-se as taxas de recuperação desses extratores para solos com diferentes capacidades tampão em função de P, S e Zn adicionados ao solo. Os níveis críticos e as taxas de recuperação permitem recomendar, especificamente, para um talhão ou uma lavoura, as doses desses nutrientes para definida cultura.

A Prem é mais adequada que o teor de argila como medida indireta da capacidade tampão do solo em relação a P, S e Zn, por ser sensível à natureza mineralógica da fração argila do solo. Adicionalmente, a Prem é sensível à variação do poder tampão do solo em relação a esses nutrientes ocasionada por alterações nos teores de matéria orgânica do solo.

25.2 Princípio

O fósforo remanescente é a concentração de P da solução de equilíbrio quando se agita por 1 hora, na relação 1:10, a TFSA com uma solução 0,010 mol L-1 de CaCl2 contendo 60 mg L-1 de P.

25.3 Material e Equipamentos

Erlenmeyer de 125 mL.

Tubos de ensaio de 50 mL.

Pipetas volumétricas de 1 mL e 10 mL.

Espectrofotômetro UV-Vis.

Balança analítica.

Agitador horizontal.

25.4 Reagentes e Soluções

Solução de CaCl2 0,020 mol L-1 – dissolver 5,8848 g de CaCl2.2H2O p.a. em aproximadamente 1 L de água destilada ou deionizada. Transferir para balão volumétrico de 2 L e completar com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de CaCl2 0,010 mol L-1 – colocar 100 mL da solução de CaCl2 0,020 mol L-1 em balão volumétrico de 200 mL e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de CaCl2 0,010 mol L-1 contendo 60 mg L-1 de P – misturar 500 mL da solução de CaCl2 0,020 mol L-1 com 120 mL da solução padrão 500 mg L-1 de P. Completar o volume com água destilada ou deionizada em balão volumétrico de 1 L. Homogeneizar.

Solução padrão (concentrada) de 500 mg L-1 de P – dissolver 2,1964 g de KH2PO4 p.a. (seco em estufa durante 2h a 105 °C) em cerca de 800 mL de água destilada e completar o volume em balão volumétrico de 1 L. Homogeneizar e estocar.

Solução padrão de fósforo (25 mg L-1 de P) – em balão volumétrico de 100 mL, colocar 5,0 mL de solução padrão de 500 mg L-1 de P e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Soluções padrão diluídas de fósforo (0,4 mg L-1; 0,8 mg L-1;1,2 mg L-1; 1,6 mg L-1 e 2,0 mg L-1 de P) – em balões volumétricos de 250 mL, pipetar, sucessivamente, alíquotas de solução padrão de 25 mg L-1 de P (SPP), H2O, CaCl2 0,020 mol L-1 (CaCl2) e H2O (completar o volume do balão), de acordo com a Tabela 1. Guardar as soluções em frascos tampados, com indicação das concentrações nos rótulos.

Tabela 1. Alíquotas de solução padrão de 25 mg L-1 de P (SPP), H2O, CaCl2 0,020 mol L-1 (CaCl2) e H2O para preparo das soluções padrão diluídas de fósforo.

P

SPP

H2O

CaCl2

H2O

mg L-1

----------------- mL -----------------

0,0

0

20

125

105

0,4

4

16

125

105

0,8

8

12

125

105

1,2

12

8

125

105

1,6

16

4

125

105

2,0

20

0

125

105

Solução ácida de molibdato de amônio (concentrada) – colocar 1,0 g de subcarbonato de bismuto em aproximadamente 250 mL de água contida em balão volumétrico de 1 L. Juntar, rapidamente, 139 mL de ácido sulfúrico concentrado p.a. Verificar se todo o sal de bismuto foi dissolvido. Deixar esfriar e adicionar solução recém-preparada de molibdato de amônio – (NH4)6Mo7O24.4H2O (20 g para 200 mL de água). Agitar e completar o volume com água. Essa solução deve ser guardada em frasco âmbar escuro e bem vedado.

Reagente de trabalho (RT) – dissolver 0,4 g de ácido ascórbico em aproximadamente 100 mL de água destilada em balão volumétrico de 250 mL. Adicionar 50 mL da solução ácida de molibdato. Completar o volume para 250 mL. Homogeneizar e transferir essa solução a um frasco. O RT deve ser preparado na hora da sua utilização.

25.5 Procedimento

Medir 5 cm3 de solo, transferir para Erlenmeyer de 125 mL e adicionar 50 mL da solução de CaCl2 0,010 mol L-1 de CaCl2 contendo 60 mg L-1 de P.

Agitar em mesa agitadora circular por 5 minutos. Deixar em repouso por cerca de 16 horas.

Para uma serie de análises, inicialmente, colocar 5,00 mL de cada solução padrão diluída em tubos de ensaio de 50 mL.

A seguir, para cada amostra, pipetar 0,2 mL da solução de equilíbrio para tubos de ensaio de 50 mL e adicionar 4,8 mL de solução de CaCl2 0,010 mol L-1. Homogeneizar as soluções.

Em sequência, começando pelos pontos da curva e depois pelas amostras, adicionar 5,0 mL do reagente de trabalho para obter as soluções de leitura. Dessa forma, as soluções de leitura dos pontos da curva têm as seguintes concentrações: 0,0 mg L-1; 0,2 mg L-1; 0,4 mg L-1; 0,6 mg L-1; 0,8 mg L-1 e 1,0 mg L-1 de P.

Agitar os tubos de ensaio e deixar em repouso por 30 min, para a completa formação de cor. Fazer a leitura em espectrofotômetro UV-Vis no comprimento de onda 725 nm.

Caso seja necessário, realizar maior diluição para preparo das soluções de leitura das amostras. Pipetar X mL da solução de equilíbrio (X < 0,2 mL), adicionar (5,0 - X) mL da solução de CaCl2 0,010 mol L-1 e adicionar 5 mL de reagente de trabalho.

25.6 Cálculo

Em que:

Prem – concentração de fósforo remanescente, em mg L-1.

L – leitura da solução de leitura da amostra, em absorbância.

a – coeficiente angular da reta dos padrões (intercepto).

b – coeficiente linear da reta dos padrões.

Valor 50 – fator de correção considerando a diluição do extrato de leitura de 0,2 para 10 mL.

17.7 Observações

A curva de calibração (reta porque a relação é linear) deve ser calculada considerando a leitura de absorbância (L) em função das concentrações das soluções de leitura dos pontos da curva (0,0 mg L-1; 0,2 mg L-1; 0,4 mg L-1; 0,6 mg L-1; 0,8 mg L-1 e 1,0 mg L-1 de P).

Caso haja necessidade de uma diluição diferente da indicada no procedimento, por exemplo, pipetar uma alíquota de 0,1 mL e adicionar 4,9 mL de solução de CaCl2 0,010 mol L-1, deve-se substituir o valor 50 (= 10/0,2) usado no cálculo por 100 (=10/0,1).

A construção da reta de padrões só é necessária quando as leituras forem realizadas em absorbância ou transmitância. No caso de equipamentos mais modernos, a leitura é feita diretamente em concentração.

25.7 Literatura recomendada

ALVAREZ V., V. H.; DIAS, L. E.; RIBEIRO JÚNIOR, E. S.; SOUZA, R. B.; FONSECA, C. A. Métodos de análises de enxofre em solos e plantas. Viçosa, MG: Universidade Federal de Viçosa, 2001. 131 p.

ALVAREZ V., V. H.; NOVAIS, R. F.; DIAS, L. E.; OLIVEIRA, J. A. Determinação e uso do fósforo remanescente. Boletim Informativo da Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, v. 25, n. 1, p. 27-32, 2000.

— Capítulo 26 —
FRACIONAMENTO DE FÓSFORO

Felipe Vaz Andrade

Ecila Mercês de Albuquerque Villani

26.1 Introdução

A importância do estudo da dinâmica das formas de fósforo (P) no solo vem recebendo maior atenção nas últimas décadas, empregando-se métodos de fracionamento de P. Muitos estudos têm demonstrado que alguns compartimentos (especialmente o compartimento orgânico de P) possuem papel vital na ciclagem de P e na nutrição de plantas (Hedley et al., 1982), podendo contribuir para a disponibilidade desse nutriente para as plantas, especialmente em solos tropicais, com elevada capacidade de adsorção de P.

Várias técnicas de extração sequencial de P no solo, separando as várias frações inorgânicas e orgânicas, baseadas na sua biodisponibilidade, foram testadas por diversos autores (Araújo et al., 1993; Bowman, 1989; Camargo et al., 1999; Hedley et al., 1982; Moir, 1993; Tiessen). A extração sequencial torna possível a interpretação específica das frações, em termos dos compartimentos de P no solo, e a investigação da dinâmica de P em ecossistemas naturais ou manejados.

No solo, o P ocorre em formas inorgânicas (Pi) e orgânicas (Po), com diferentes níveis de labilidade, quais sejam: fração lábil, fração moderadamente lábil; fração de labilidade restrita e fração não lábil.

O método de fracionamento de P desenvolvido por Hedley et al. (1982) tem sido bastante empregado. Esse método baseia-se na extração sequencial de formas lábeis, moderadamente lábeis e de labilidade restrita, por meio da qual as formas inorgânicas e orgânicas são separadas e quantificadas conforme sua disponibilidade às plantas. A vantagem desse método é a obtenção de informações sobre a disponibilidade de P a curto e longo prazo, podendo também ser empregado para acompanhar modificações nas formas de P no solo, em diversas situações de uso e manejo do solo (Ceretta et al., 2010; Reis et al., 2011).

A partir do método de fracionamento proposto por Hedley et al. (1982), várias adaptações foram desenvolvidas (Araújo et al., 1993; Camargo et al., 1999; Condron et al., 1985; Cross; Schlesinger, 1995; Tiessen; Moir, 1993).

Os extratores utilizados no fracionamento de P no solo são: resina trocadora de ânions (RTA), NaHCO3 0,5 mol L-1 a pH 8,5; NaOH 0,1 mol L-1; NaOH 0,5 mol L-1; HCl 1,0 mol L-1 e digestão com H2SO4 concentrado e H2O2.

26.2 Princípio

O fracionamento de P baseia-se na extração sequencial de formas lábeis (prontamente disponíveis), moderadamente lábeis (disponibilidade a médio prazo) e de labilidade restrita (disponibilidade a longo prazo), nas quais as formas inorgânicas e orgânicas são separadas e quantificadas conforme sua disponibilidade às plantas.

As frações mais lábeis, consideradas disponíveis, são extraídas com resina trocadora de ânions (P-res) e por NaHCO3 0,5 mol L-1, que extrai P orgânico (Pobic) e inorgânico (Pibic), este último correspondendo ao P lábil adsorvido aos argilominerais e associados à matéria orgânica do solo.

A extração seguinte, com NaOH 0,1 mol L-1, identifica o reservatório de P inorgânico (Pihid) e orgânico (Pohid), considerado de labilidade moderada (disponibilidade a médio prazo), especialmente Pihid, por ser adsorvido aos óxidos e às argilas silicatadas, com energia de ligação intermediária (Hedley et al., 1982), ao passo que a fração orgânica obtida por esse extrator representa o P orgânico ligado aos ácidos húmicos. Bowman e Cole (1978) consideram que a extração com NaHCO3 0,5 mol L-1 pode conter frações mais lábeis de P que aquelas extraídas com NaOH 0,1 mol L-1, que remove compostos orgânicos mais resistentes (ácidos húmicos e fúlvicos associados a compostos orgânicos de P).

A fração HCl 1 mol L-1 (PiHCl) representa as formas inorgânicas de P associadas ao Ca (fosfatos de cálcio) e fortemente adsorvido à fração argila em solos mais intemperizados. A extração com NaOH 0,5 mol L-1 representa o P inorgânico (Pihid2) e orgânico (Pohid2) fisicamente protegidos no interior de microagregados.

O resíduo (solo) dessas quatro extrações sequenciais é digerido com H2SO4/H2O2, determinando-se, então, as formas mais estáveis de Po (Po-res) e as mais insolúveis de Pi (Pi-res) (Araújo et al., 1993; Hedley et al., 1982).

26.3 Material e Equipamentos

Centrífuga com rotor para tubos de 50 mL e rotação superior a 3.500 rpm.

Espectrofotômetro UV-Vis.

Agitador “end-over-end”.

Capela de exaustão de gases.

Balão volumétrico de 50 mL, 100 mL e 500 mL e de 1 L.

Balança com precisão de 0,001 g.

Tubos de centrífuga de 50 mL com tampa.

Bloco digestor com, no mínimo, 40 posições ou chapa aquecedora com regulagem de temperatura.

Frasco com tampa de 50 mL (Tubo falcon com tampa de 50 mL).

Pipetas de 1 mL e 5 mL ou pipeta automática regulável de 1 mL a 5 mL.

Proveta de 10 mL, 100 mL e 200 mL.

Béqueres de 100 mL, 300 mL e 500 mL e de 1 L.

Membrana de resina trocadora de ânions com 7,5 cm2.

26.4 Reagentes e soluções

26.4.1 Fracionamento

Solução de ácido clorídrico (HCl) 0,5 mol L-1 – em balão volumétrico de 1 L, adicionar cerca de 500 mL de água destilada ou deionizada (metade do volume do balão volumétrico), verter 41,5 mL de HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Solução de ácido clorídrico (HCl) 1,0 mol L-1 – em balão volumétrico de 1 L, adicionar cerca de 500 mL de água destilada ou deionizada (metade do volume do balão volumétrico) e verter 82,9 mL de HCl concentrado (d = 1,19 g cm-3 e 37%) e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado (d = 1,84 g cm-3 e 98%).

Solução de ácido sulfúrico (1:1) – em béquer de 2 L, adicione cerca de 500 mL de água destilada ou deionizada, e adicione vagarosamente 500 mL de ácido sulfúrico concentrado. Esperar esfriar e armazenar.

Água oxigenada comercial (H2O2) 30%.

Solução de bicarbonato de sódio (NaHCO3) 0,5 mol L-1 pH 8,5 – dissolver 42 g de NaHCO3 em água destilada ou deionizada (ajustar o pH a 8,5 com NaOH ou HCl) e transferir para balão volumétrico de 1 L, completando o volume com água destilada ou deionizada.

Solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 mol L-1 – dissolver 4 g de NaOH em água destilada e transferir para balão volumétrico de 1 L, completando o volume com água destilada ou deionizada.

Solução indicadora de p-nitrofenol – dissolver 1 g de p-nitrofenol em água destilada ou deionizada e transferir para balão volumétrico de 100 mL.

Solução de hidróxido de sódio (NaOH) 4 mol L-1 – dissolver 16 g de NaOH em água destilada ou deionizada (cerca de 80 mL), deixar a solução esfriar (a solução fica aquecida), transferir para balão volumétrico de 100 mL e completar o volume.

Solução de ácido sulfúrico (H2SO4) 0,25 mol L-1 – em balão volumétrico de 100 mL, adicione cerca de 50 mL de água destilada ou deionizada (metade do volume do balão volumétrico) e verta 1,36 mL de H2SO4 concentrado (d = 1,84 g cm-3 e 98%) e complete o volume com água destilada ou deionizada.

Solução de cloreto de magnésio hexahidratado (MgCl2 6H2O) saturada – dissolver cerca de 167 g de MgCl2.6H2O em água destilada ou deionizada, transferir para balão volumétrico de 100 mL, completando o volume com água destilada ou deionizada. Nessa condição, tem-se uma solução saturada a 20 °C.

26.4.2 Determinação do P nos extratos (Murphy; Riley, 1962)

Solução de ácido sulfúrico – colocar cerca de 300 mL de água destilada em um béquer de 1 L e adicionar lentamente 70 mL de H2SO4 concentrado (d = 1,84 g cm-3 e 98%). Após esfriar, transferir para um balão de 500 mL e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Solução de molibdato de amônio – dissolver 20 g de molibdato de amônio [(NH4)6Mo7O24.4H2O] em 300 mL de água destilada ou deionizada. Transferir para um balão de 500 mL e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Solução de ácido ascórbico – dissolver 1,32 g de ácido ascórbico (C6H8O6) em 75 mL de água destilada ou deionizada. Essa solução deve ser preparada no momento de uso.

Solução de tartarato de antimônio e potássio – dissolver 0,2743 g de tartarato de antimônio e potássio (C4H2KO6Sb.½H2O) em 75 mL de água destilada ou deionizada.

Reagente de trabalho (RT) – misturar 125 mL da solução de ácido sulfúrico e 37,5 mL de molibdato de amônio. Adicione 75 mL de solução de ácido ascórbico e 12,5 mL da solução de tartarato de antimônio e potássio. Esse reagente deve ser preparado no momento da análise e não deve ser utilizado após 24h do preparo.

Solução Nitroperclórica (3:1) – misturar ácido nítrico (HNO3) concentrado e ácido perclórico (HClO4) concentrado na proporção 3:1 (v/v) em capela. Sugere-se a mistura de 1,5 L de ácido nítrico e 500 mL de ácido perclórico para um recipiente de 3 L.

Solução padrão de fósforo (50 mg L-1 de P) – pesar 0,2195 g de KH2PO4 p.a., previamente seco em estufa a 105 °C, dissolver e transferir para balão volumétrico de 1 L. Adicionar 1,5 mL de H2SO4 concentrado (d = 1,84 g cm-3 e 98%) e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar e estocar.

Soluções padrão diluídas de fósforo (1,25 mg L-1; 2,5 mg L-1; 3,75 mg L-1 e 5,0 mg L-1 de P) – pipetar 2,5 mL; 5 mL; 7,5 mL e 10 mL de solução padrão de 50 mg L-1 de P para balões volumétricos de 100 mL e completar o volume com a solução extratora. Deve-se utilizar a solução extratora de cada etapa para evitar efeito matriz na curva. Usar também a respectiva solução extratora pura para obter a concentração de 0,0 mg L-1 de P. Guardar as soluções em frascos tampados, com indicação das concentrações nos rótulos.

26.5 Procedimento

26.5.1 Extração e Fracionamento

Pesar 0,5 g de solo (TFSA) em tubo de centrífuga com tampa, adicionar 30 mL de água destilada ou deionizada e uma membrana de resina trocadora de ânions com 7,5 cm2,

saturada com NaHCO3, e agitar por 16h em agitador “end-over-end”.

Retirar a resina, lavar com jatos de água destilada (para retirar solo aderido), colocá-la em outro tubo de 50 mL e adicionar 30,0 mL de solução de HCl 0,5 mol L-1. Deixar em repouso por 90 minutos e agitar durante 30 minutos em agitador horizontal (100-11 rpm). Determinar Pi no extrato (Pirta).

Centrifugar o solo a 3.50 rpm por 10 minutos e descartar o sobrenadante. Se necessário aumentar rotação.

Adicionar ao solo 30,0 mL de NaHCO3 0,5 mol L-1 pH 8,5 e dispersar mecanicamente (com bastão de vidro) o solo que se encontra no fundo do tubo. Agitar por 16h “end-over-end”, centrifugar a 4.00 rpm por 10 minutos e armazenar o sobrenadante em recipiente (com tampa) para posterior determinação de P (Pibic e Ptbic).

Adicionar ao solo 30,0 mL de NaOH 0,1 mol L-1 e dispersar mecanicamente o solo que se encontra no fundo do tubo. Agitar por 16 h, centrifugar a 4.00 rpm por 10 minutos e armazenar o sobrenadante em recipiente com tampa para posterior determinação de P (Pihid e Pthid).

Adicionar ao solo 30,0 mL de solução de HCl 1 mol L-1 e dispersar mecanicamente o solo que se encontra no fundo do tubo. Agitar por 16 h, centrifugar a 3.50 rpm por 10 minutos e armazenar o sobrenadante em recipiente (com tampa) para posterior determinação de P (PiHCl e PtHCl).

Adicionar ao solo 30,0 mL de NaOH 0,5 mol L-1 e dispersar mecanicamente o solo que se encontra no fundo do tubo. Agitar por 16 h, centrifugar a 4.00 rpm por 10 minutos e armazenar o sobrenadante em recipiente (com tampa) para posterior determinação de P (Pihid2 e Pthid2).

Secar o resíduo (solo) em estufa, pesar uma subamostra de 0,25 a 0,50 g em tubo de digestão. Adicionar 1 mL de solução de MgCl2 saturado, 2 mL de H2SO4 (1:1), 2 mL de H2O2 e digerir por 3h a 200 °C, elevando a temperatura do bloco lentamente e protegendo o tubo com funil de refluxo. Após a digestão, deixar esfriar e avolumar em frasco ou balão volumétrico de 50 mL. Determinar o P residual (Pres) no extrato.

26.5.2 Determinação do fósforo inorgânico (Pi) e do fósforo total (Pt)

O P contido nos extratos alcalinos (NaHCO3 e NaOH) e nos extratos ácidos (HCl e extratos digeridos, para obtenção de Pt) é quantificado de acordo com Murphy e Riley (1962). A determinação do Pi é feita diretamente a partir dos extratos obtidos. O Po (P orgânico) é calculado pela diferença entre o Pt e o Pi.

26.5.2.1 Determinação do fósforo inorgânico (Pi)

Pipetar 20,0 mL do sobrenadante, de cada solução extratora, para um frasco (ou tubo Falcon) de 50 mL e adicionar uma gota de p-nitrofenol como indicador. Se o extrato for ácido, primeiro ajuste o pH com solução de NaOH 4 mol L-1 para a cor amarela e, então, com solução de H2SO4, 0,25 mol L-1 até que o extrato volte a ficar claro. Para extratos alcalinos, apenas acidifique. Após esse procedimento, transferir para balão volumétrico de 25 mL e completar o volume.

Pipetar uma alíquota 10,0 mL do extrato em frasco (ou tubo Falcon) volumétrico de 50 mL.

Adicionar 2,0 mL da solução reagente de trabalho, homogeneizar a solução, esperar 10 minutos ou mais. Em seguida, fazer a leitura da densidade ótica no espectrofotômetro UV-Vis em 882 nm. No caso de a amostra possuir elevada concentração de fósforo, deve ser feita a diluição do extrato antes da adição do reagente de trabalho, até que seja possível a leitura no aparelho e considerar a diluição no cálculo.

Para a confecção da curva, pipetar 10,00 mL das soluções padrão diluídas de P (1,25 mg L-1; 2,5 mg L-1; 3,75 mg L-1 e 5,0 mg L-1) e da solução extratora pura (0,0 mg L⁻¹ de P), transferir para balão volumétrico de 50 mL, adicionar 8,0 mL da solução reagente de trabalho e completar o volume com agua destilada. Esses pontos representarão as concentrações de 0,25 mg L-1; 0,5 mg L-1; 0,75 mg L-1 e 1,00 mg L-1, após acréscimo do reagente de trabalho e aferição do volume. No caso de baixas concentrações de P nas amostras, poder-se-á acrescentar pontos de menor concentração na curva.

26.5.2.2 Determinação do fósforo total (Pt)

Para determinação do Pt nos extratos, pipetar 5,0 mL do sobrenadante, da solução extratora, transferir para tubo de digestão, adicionar 5 mL da solução nitroperclórica e digerir por 3h a 200 °C, elevando a temperatura do bloco lentamente e protegendo o tubo com funil de refluxo.

Após a digestão, transferir todo o extrato para um frasco (ou tubo Falcon) de 50 mL. Adicionar uma gota de p-nitrofenol como indicador e ajustar o pH com solução de NaOH 4 mol L-1 para a cor amarela e, então, com solução de H2SO4 0,25 mol L-1 até que o extrato volte a ficar claro. Após esse procedimento, transferir para balão volumétrico de 25 mL. Completar o volume.

Pipetar uma alíquota 10,0 mL do extrato em frasco (ou tubo Falcon) volumétrico de 50 mL.

Adicionar 2,0 mL da solução reagente de trabalho, homogeneizar a solução, esperar 10 minutos ou mais. Em seguida, fazer a leitura da densidade ótica no espectrofotômetro UV-Vis em 882 nm. No caso de a amostra possuir elevada concentração de fósforo, deve ser feita a diluição do extrato antes da adição do reagente de trabalho, até que seja possível a leitura no aparelho. Considerar a diluição no cálculo.

Para a confecção da curva, pipetar 10,0 mL das soluções padrão diluídas de P (1,25 mg L-1; 2,5 mg L-1; 3,75 mg L-1 e 5,0 mg L-1) e da solução extratora pura (0,0 mg L⁻¹ de P), transferir para balão volumétrico de 50 mL, adicionar uma gota de p-nitrofenol como indicador e ajustar o pH com solução de NaOH 4 mol L⁻¹ para a cor amarela e, então, com solução de H₂SO₄ 0,25 mol L⁻¹ até que o extrato volte a ficar claro. Adicionar 8,0 mL da solução reagente de trabalho. Completar o volume com água destilada. Esses pontos representarão as concentrações de 0,25 mg L-1; 0,5 mg L-1; 0,75 mg L-1 e 1,00 mg L-1, após acréscimo do reagente de trabalho. No caso de baixas concentrações de P nas amostras, poder-se-á acrescentar pontos de menor concentração na curva.

26.6 Cálculos

26.6.1 Determinação de Pi

Em que:

Pi – concentração de fósforo inorgânico no solo obtida com resina trocadora de ânions (Pirta), bicarbonato de sódio 0,5 mol L-1 (Pibic), hidróxido de sódio 0,1 mol L-1 (Pihid), HCl 1 mol L-1 (PiHCl) e hidróxido de sódio 0,5 mol L-1 (Pihid2), em mg kg-1.

L – leitura da amostra obtida nos extratos com resina trocadora de ânions (Pirta), bicarbonato de sódio 0,5 mol L-1 (Pibic), hidróxido de sódio 0,1 mol L-1 (Pihid), HCl 1 mol L-1 (PiHCl) e hidróxido de sódio 0,5 mol L-1 (Pihid2), em absorbância.

a – coeficiente angular da reta dos padrões de cada curva respectiva (intercepto).

b – coeficiente linear da reta dos padrões de cada curva respectiva.

d – fator de diluição do extrato. Neste caso, 1,25 (20:25).

Valor 1,2 – fator de diluição da leitura da amostra (10 mL alíquota + 2 mL RT).

Valor 60 – fator de diluição solo:extrator (0,5:30).

26.6.2 Determinação de Pt

Em que:

Pt – concentração de fósforo total no solo obtida com resina trocadora de ânions (Pirta), bicarbonato de sódio 0,5 mol L-1 (Pibic), hidróxido de sódio 0,1 mol L-1 (Pihid), HCl 1 mol L-1 (PiHCl) e hidróxido de sódio 0,5 mol L-1 (Pihid2), em mg kg-1.

L – leitura da amostra obtida nos extratos digeridos com resina trocadora de ânions (Ptrta), bicarbonato de sódio 0,5 mol L-1 (Ptbic), hidróxido de sódio 0,1 mol L-1 (Pthid), HCl 1 mol L-1 (PtHCl) e hidróxido de sódio 0,5 mol L-1 (Pthid2), em absorbância.

a – coeficiente angular da reta dos padrões de cada curva respectiva (intercepto).

b – coeficiente linear da reta dos padrões de cada curva respectiva.

d – fator de diluição do extrato. Neste caso, 5 (5:25).

Valor 1,2 – fator de diluição da leitura da amostra (10 mL alíquota + 2 mL RT).

Valor 60 – fator de diluição solo:extrator (0,5:30).

26.6.3 Determinação de Pi no solo residual (Pi-res)

Em que:

Pi-res – concentração de fósfoto inorgânico residual, em mg kg-1.

L – leitura da amostra, em absorbância.

a – coeficiente angular da reta dos padrões (intercepto).

b – coeficiente linear da reta dos padrões.

Valor 1,2 – fator de diluição da leitura da amostra (10 mL alíquota + 2 mL RT).

m – massa da amostra de solo residual, em g.

26.6.4 Determinação de P orgânico no solo (Po)

Em que:

Po – concentração de fósforo orgânico no solo obtida com bicarbonato de sódio 0,5 mol L-1 (Pibic), hidróxido de sódio 0,1 mol L-1 (Pihid), HCl 1 mol L-1 (PiHCl) e hidróxido de sódio 0,5 mol L-1 (Pihid2), em mg kg-1.

Pt – concentração de fósforo total no solo obtida com bicarbonato de sódio 0,5 mol L-1 (Pibic), hidróxido de sódio 0,1 mol L-1 (Pihid), HCl 1 mol L-1 (PiHCl) e hidróxido de sódio 0,5 mol L-1 (Pihid2), em mg kg-1.

Pi – concentração de fósforo inorgânico no solo obtida com bicarbonato de sódio 0,5 mol L-1 (Pibic), hidróxido de sódio 0,1 mol L-1 (Pihid), HCl 1 mol L-1 (PiHCl) e hidróxido de sódio 0,5 mol L-1 (Pihid2), em mg kg-1.

26.7 Observações

A correção do pH do extrato com p-nitrofenol é bastante questionada por alguns pesquisadores (devido ao tempo que se consome para realizar a correção). Todavia, alguns autores mencionam a necessidade dessa correção. Extratos muito ácidos ou básicos podem comprometer o desenvolvimento da cor azul na quantificação de P.

As soluções de NaOH e H2SO4 utilizadas para correção do pH do sobrenadante podem ter suas concentrações modificadas, para um melhor ajuste do pH. A indicação é que se faça a acidificação com soluções diluídas para que o extrato fique incolor, com pH próximo à transição (pH < 5,0).

Dick e Tabatabai (1977), ao proporem um novo método colorimétrico para determinação de P, verificaram que a recuperação de P, na forma de ortofosfato, foi extremamente influenciada pela concentração de compostos orgânicos e inorgânicos de P presentes em solução, ao compararem seus resultados com aqueles obtidos com o método desenvolvido por Murphy e Riley (1962). Segundo eles, essa diferença pode ser atribuída à hidrólise das formas mais lábeis de P, em ambos os compostos, que, por sua vez, é influenciada pela concentração de ortofosfatos, acidez e temperatura do meio.

A digestão das amostras bem realizada elimina, em parte, o efeito da elevada acidez do extrato, diminuindo a quantidade de solução básica adicionada no controle do pH do extrato. Volumes entre 1 a 2 mL restantes nos tubos após digestão indicam a realização completa dessa etapa.

É possível substituir a digestão nitroperclórica em bloco digestor pela digestão em forno microondas, geralmente utilizando-se como extrator a água régia ou HNO₃+H₂O₂.

Para solos com teores de argila mais elevados e/ou que tenham problemas com argila dispersa, a utilização de Na como componente químico dos extratores de P podem levar à dispersão de argila e à subestimação dos valores de P em solução (aumento na intensidade de adsorção). Uma alternativa apresentada por Camargo et al. (1999) foi a adição de algumas gotas de MgCl2 saturado, a fim de flocular a argila dispersa ao final da agitação da amostra.

De modo geral, na extração com bicarbonato de sódio ocorre o aparecimento de coloração escura no sobrenadante (pela solubilização de substancias húmicas), o que pode comprometer a leitura dos valores de Pi em solução. Esse fato pode ser contornado passando-se o sobrenadante em carvão ativado isento de P (com ajuda de um funil e papel de filtro). Recomenda-se o uso de carvão ativado próprio para análise. Outra alternativa é a diluição do sobrenadante a fim de se eliminar, ou minimizar, o efeito da cor. Nesse caso, recomenda-se a utilização de uma curva com concentrações mais baixas de P.

Caso não haja resinas trocadoras de ânions (RTA) disponíveis no laboratório, sugere-se começar o fracionamento a partir da solução extratora de bicarbonato de sódio. Em solos muito intemperizados, como os solos brasileiros, o extrator resina retira uma pequena fração do compartimento lábil de P, em relação ao extrator bicarbonato. Neste caso, a quantificação do compartimento lábil seria exclusivamente referente ao extrator bicarbonato de sódio.

26.8 Referências

ARAÚJO, M. S. B.; SALCEDO, I. H.; SAMPAIO, E. V. S. B. Efeito de fertilizações fosfatadas anuais em solo cultivado com cana-de-açúcar. 1. Intensidade e formas de acumulação. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Campinas, v. 17, p. 389-396, 1993.

BOWMAN, R. A. A sequential extraction procedure with concentrated sulfuric acid and dilute base for soil organic phosphorus. Soil Science Society of American Journal, v. 53, n. 2, p. 362-366, 1989.

BOWMAN, R. A.; COLE, C. V. Transformations of organic phosphorus substrates in soils as evaluated by NaHCO3 extraction. Soil Science, v. 125, n. 1, p. 49-54, Jan. 1978.

CAMARGO, F. A. O.; GIANELLO, C.; RHEINHEIMER, D.; KAMINSKI, J.; BISSANI, C. A. Fracionamento do N, P e S orgânicos. In: SANTOS, G. A.; CAMARGO, F. A. O. (Ed.). Fundamentos da matéria orgânica do solo: ecossistemas tropicais e subtropicais. Porto Alegre: Gênesis, 1999. p. 373-376.

CERETTA, C. A.; LORENSINI, F.; BRUNETTO, G.; GIROTTO, E.; GATIBONI, L. C.; LOURENZI, C. R.; TIECHER, T. L.; DE CONTI, L.; TRENTIN, G.; MIOTTO, A. Frações de fósforo no solo após sucessivas aplicações de dejetos de suínos em plantio direto. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 45, n. 6, p. 593-602, 2010.

CONDRON, L. M.; GOH, K. M.; NEWMAN, R. H. Nature and distribution of soil phosphorus as revealed by a sequential extraction method followed by 31P nuclear magnetic resonance analysis. Journal of Soil Science, v. 36, n. 2, p. 199-207, 1985.

CROSS, A. F.; SCHLESINGER, W. H. A literature review and evaluation of the Hedley fractionation: applications to the biogeochemical cycle of soil phosphorus in natural ecosystems. Geoderma, v. 64, n. 3/4, p. 197-214, 1995.

DICK, W. A.; TABATABAI, M. A. Determination of orthophosphate in aqueous solutions containing labile organic and inorganic phosphorus compounds. Journal of Environmental Quality, v. 6, n. 1, p. 82-85, 1977.

HEDLEY, M. J.; STEWART, J. W. B.; CHAUHAN, B. S. Changes in inorganic and organic soil phosphorus induced by cultivation practices and by laboratory incubations. Soil Science Society of American Journal, v. 46, n. 5, p. 970-976, 1982.

MURPHY, J.; RILEY, J. P. A modified single solution method for determination of phosphate in natural water. Analytica Chimica Acta, v. 27, p. 31-36, 1962.

REIS, T. H. P.; GUIMARÃES, P. T. G.; FURTINI NETO, A. E.; GUERRA, A. F.; CURI, N. Soil phosphorus dynamics and availability and irrigated coffee yield. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 35, n. 2, p. 503-512, 2011.

TIESSEN, H.; MOIR, J. O. Characterization of available P by sequential extraction. In: CARTER, M. R. (Ed.). Soil sampling and methods of analysis. Boca Raton: Lewis Publishers, 1993. p. 75-86.

Parte III
Análises da Matéria Orgânica

— Capítulo 1 —
CARBONO ORGÂNICO

Ademir Fontana

David Vilas Boas de Campos

1.1 Introdução

O carbono no solo pode ser encontrado principalmente como componente mineral, em estruturas de carbonatos (CaCO3, MgCO3 etc.) ou em estruturas orgânicas, componente de resíduos de animais e plantas em diversas fases de transformação ou como carvão (carbono pirogênico) proveniente de eventos naturais de incêndios ou aplicado ao solo como biochar ou biocarvão.

Na determinação do carbono orgânico (C org) em solo via úmida pela oxidação com o dicromato de potássio, apenas aquele proveniente de materiais orgânicos facilmente oxidáveis ou decomponíveis é quantificado, sendo discriminado o oriundo de compostos carbonáticos ou recalcitrantes como o carvão (Walkley; Black, 1934).

1.2 Princípio

No método via úmida, a matéria orgânica do solo é oxidada com uma mistura de dicromato de potássio. O calor desprendido do ácido sulfúrico concentrado e de uma fonte externa (como o aquecimento em placa aquecedora ou bloco digestor) é usado como fonte de energia para catalisar a reação de oxidação. Durante a oxidação da matéria orgânica, assume-se que o dicromato reduzido na reação equivale ao carbono orgânico da amostra. Como se trata de uma reação de oxirredução, a estequiometria contabiliza o número de elétrons transferidos, a valência média da matéria orgânica do solo é próxima a zero e, ao final da reação, todo o carbono oxidável será transformado em CO2 (valência +4).

A determinação do C org ocorre indiretamente em função da reação do carbono presente nos compostos orgânicos com o dicromato de potássio. O cálculo do teor de C org é efetuado pelo volume de dicromato de potássio utilizado na oxidação da matéria orgânica, o qual é obtido pela diferença entre o volume de uma prova em branco e da amostra pela titulação com a solução de sulfato ferroso amoniacal.

1.3 Material e Equipamentos

Capela de fluxo contínuo.

Chapa aquecedora com regulagem de temperatura (até 250 °C).

Agitador magnético.

Gral e pistilo.

Peneira de 80 mesh.

Balão volumétrico de 100 mL, 1 L e 2 L.

Balança com precisão de 0,001 g.

Provetas de 50 mL e 100 mL.

Espátulas e conta-gotas.

Bureta volumétrica ou digital.

Pipetas volumétricas de 1 mL, 5 mL e 10 mL ou pipeta automática regulável.

Erlenmeyer de 250 mL.

Dedos frios.

1.4 Reagentes e soluções

Solução de dicromato de potássio (K2Cr2O7) 0,0667 mol L-1 – Dissolver 39,22 g de K2Cr2O7 p.a. (previamente seco em estufa a 105 ºC por 1 hora) em aproximadamente 300 mL de água destilada em balão volumétrico de 2 L. Preparar uma solução de 1 L de ácido sulfúrico concentrado (96%) e 600 mL de água destilada (realizar a mistura com balão sob água corrente, agitar lentamente e não tampar completamente o balão). Juntar a mistura fria à solução com dicromato, agitar bem para dissolver todo o sal em balão, deixar esfriar e completar o volume do balão a 2 L com água destilada. Como essa solução aquecerá o balão, colocar sob água corrente para resfriamento. Evitar o fechamento completo do balão durante todos os procedimentos que envolvam o ácido sulfúrico para evitar o risco de explosão. Quando observar cristais no fundo do balão após o resfriamento completo da solução, deve-se proceder à solubilização com o auxílio de placa agitadora e ímã.

Solução de sulfato ferroso amoniacal [Fe (NH4)2(SO4)2.6H2O] 0,102 mol L-1 – Dissolver 40 g de Fe (NH4)2(SO4)2.6H2O cristalizado (sal de Mohr) em 500 mL de água destilada contendo 10 mL de ácido sulfúrico concentrado (96%). Agitar e completar o volume do balão volumétrico a 1 L com água destilada e agitar lentamente. Armazenar essa solução em frasco escuro.

Difenilamina 1% (indicador) – Pesar 1 g de difenilamina e dissolver a 100 mL de ácido sulfúrico concentrado. Deixar esfriar e conservar em frasco escuro.

Indicador Ferroin 0,025 mol L-1 – Dissolver 1,465 g de ortofenantrolina mono-hidratada e 0,985 g de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O em água destilada e completar o volume do balão a 100 mL com água destilada. Esse indicador apresenta maior distinção quanto ao ponto de viragem.

Sulfato de prata (catalisador) – Sal puro (Ag2SO4).

Ácido ortofosfórico (H3PO4) – Concentrado com, no mínimo, 85% de pureza.

1.5 Procedimento

1.5.1 Amostra em branco

Adicionar 10,00 mL da solução de K2Cr2O7 0,0667 mol L-1 em Erlenmeyer de 250 mL.

Colocar na boca do Erlenmeyer o dedo frio (funciona como condensador).

Aquecer em chapa aquecedora (no máximo 150 °C) até a fervura branda ou durante 5 minutos, visualizando a cor amarelo-castanha.

Deixar esfriar e juntar 80 mL de água destilada medida com proveta.

Adicionar 2,0 mL de ácido ortofosfórico e três gotas do indicador.

Titular com solução de sulfato ferroso amoniacal 0,05 mol L-1 e anotar o volume gasto.

1.5.2 Oxidação da matéria orgânica

Tomar aproximadamente 20 g de terra fina seca em estufa (TFSE), triturar em gral e passar em peneira de 80 mesh.

Pesar 0,5 g(1) da terra peneirada e colocar em Erlenmeyer de 250 mL.

Adicionar 10,00 mL de solução de K2Cr2O7 0,0667 mol L-1(2).

Colocar na boca do Erlenmeyer o dedo frio (funciona como condensador).

Aquecer em chapa aquecedora (no máximo 150 °C) até a fervura branda e/ou durante 5 minutos, visualizando a cor amarelo-castanha(3).

Deixar esfriar e juntar 80 mL de água destilada(4) medida com proveta.

Adicionar 2 mL de ácido ortofosfórico e três gotas do indicador.

Titular com solução de sulfato ferroso amoniacal 0,1 mol L-1(5) e anotar o volume gasto(6).

1.6 Cálculo

Em que:

Corg – concentração de carbono orgânico no solo, em g kg-1.

Vd – volume total da solução de dicromato de potássio adicionado na digestão da amostra, em mL.

Va – volume da solução de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação da amostra, em mL.

Vb – volume da solução de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação do branco aquecido, em mL.

Valor 0,003 – miliequivalente da massa de carbono (peso atômico/valência – 12/4, dividido por 1.000).

Valor 10 – transformação de % para g kg-1.

m – massa da amostra de solo, em g.

1.7 Observações

O carbono presente em materiais carbonatados ou bicarbonatos não é contabilizado, uma vez que não é oxidável ao dicromato de potássio. Para solos que apresentam materiais orgânicos muito reduzidos (por exemplo: ácidos graxos de cadeia longa, tais como cutina e suberina) ou materiais de difícil oxidação (por exemplo: carvão), pode ocorrer variação na quantidade de dicromato gasto.

A presença de interferentes minerais, como o Fe2+ (ambientes hidromórficos) ou cloretos, irá consumir dicromato, resultando numa superestimativa do teor de C org. A secagem do material contendo Fe2+ e a adição de Ag2SO4 em material contendo cloreto minimizam os efeitos desses interferentes. Entretanto, em solos que apresentam óxido de manganês, este compete com o dicromato, acarretando subestimativa do teor de C org (Guerra; Santos, 2008).

Para solos de composição orgânica, com altos teores de carbono orgânico, é recomendada a determinação por métodos via seca. O ácido ortofosfórico é adicionado para eliminar a interferência do ferro, facilitando a visualização da viragem do indicador.

1.8 Referências

GUERRA, J. G. M.; SANTOS, G. de A. Métodos químicos e físicos. In: SANTOS, G. de A.; SILVA, L. S. da; CANELLAS, L. P.; CAMARGO, F. A. O. (Ed.). Fundamentos da matéria orgânica do solo: ecossistemas tropicais & subtropicais. 2. ed. rev. e atual. Porto Alegre: Metrópole, 2008. p. 185-199.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro, EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RAMOS, F. Método de análise de solos. Rio de Janeiro: MA-CNEPA, 1949. 66 p. (Boletim do Instituto de Química Agrícola, n. 11).

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministerio da Agricultura-EPFS, 1969. 24 p. (Brasil. Ministério da Agricultura-EPFS. Boletim técnico, 7).

WALKLEY, A.; BLACK, I. A. An examination of the degtjareff method for determining soil organic matter and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science, v. 37, n. 1, p. 29-38, Jan. 1934.

1.9 Literatura recomendada

DONAHUE, R. L. Laboratory manual for introductory soils. [S.l.]: Interstate, 1952. 151 p.

FRATTINI, C. T. A.; KALCKAMN, R. E. Correlação entre alguns métodos de determinação do carbono. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 2, p. 259-261, 1967.

JACKSON, M. L. Soil chemical analysis. New York: Prentice Hall, 1958. 498 p.

SCHOLLENBERGER, C. J. A rapid approximate method for determining Soil organic matter. Soil Science, v. 24, n. 1, p. 65-68, Jul. 1927.

SCHOLLENBERGER, C. J. Determination of Soil organic matter. Soil Science, v. 59, n. 1, p. 53-56, Jan. 1945.

TYURIN, I. V. Comparative study of the methods for the determination of organic carbon in soils and water extracts from soils. In: MATERIALS on genesis and geography of soils, M. L. Academy of Sci USSR (in Russian). [S.l.]: Dokuchaiv Soil Institute, 1935. p. 139-158.

VERDADE, F. C. Influência da matéria orgânica na capacidade de troca de cátions do solo. Bragantia, v. 15, p. 35-42, 1956.

WALKLEY, A. A critical examination of a rapid method for determining organic carbon in soils: effect of variations in digestion conditions and of inorganic soil constituents. Soil Science, v. 63, n. 4, p. 251-264, Apr. 1947.

YEOMANS, J. C.; BREMMER, J. M. A rapid and precise method for toutine determination of organic carbon in soil. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 19, n. 13, p. 1467-1476, 1988.

1 Para solos com alto teor de carbono orgânico, reduzir a massa para 0,25 g.

2 Em caso de solo salino, adicionar uma pitada de sulfato de prata após a adição de dicromato de potássio.

3 Quando observada a cor verde, adicionar ao Erlenmeyer quantidades crescentes de dicromato de potássio no volume de 10,00 mL até que a coloração da solução permaneça amarelo-castanha. Se a soma da solução de dicromato de potássio ultrapassar 50 mL na amostra e ainda assim for insuficiente, considerar massa menor conforme item (1).

4 Em amostras com volumes totais de dicromato de 20 mL, 30 mL, 40 mL e 50 mL, adicionar água destilada de 80 mL, 120 mL, 160 mL e 200 mL, com somatório final da solução de 100 mL, 150 mL, 200 mL e 250 mL (razão de 1:5). Pipetar 50 mL em outro Erlenmeyer e titular.

5 A cor da viragem poderá ser mascarada dificultando a visualização em solo com alto teor de matéria orgânica e/ou escuro. Proceder à titulação com atenção observando a cor do centro do Erlenmeyer.

6 Recolher toda solução após a titulação da amostra e do branco em embalagem especial para posterior tratamento como resíduo químico.

— Capítulo 2 —
NITROGÊNIO TOTAL – Kjeldahl

Fabiano de Carvalho Balieiro

Bruno José Rodrigues Alves

2.1 Introdução

O nitrogênio (N) é um nutriente de dinâmica intensa no solo e sua reserva nos solos tropicais encontra-se associada, principalmente, aos componentes da matéria orgânica, correspondendo a cerca de 95% do total existente. Alterações nas quantidades totais de N do solo podem revelar usos que implicam perdas ou ganhos de fertilidade, face à sua estreita relação com matéria orgânica do solo.

O método de quantificação de N que será apresentado representa uma adaptação para solos tropicais do método de referência descrito por Bremner e Mulvaney (1982), sendo indicado para quantidades de solo contendo entre 0,5 mg e 2 mg de N.

2.2 Princípio

O N da matéria orgânica do solo é mineralizado até amônio (NH4+) pela oxidação com ácido sulfúrico, em alta temperatura, na presença de catalisadores, processo conhecido como digestão Kjeldahl.

Após a digestão, o N amoniacal que se encontra no meio ácido é submetido a destilação a vapor após forte alcalinização com adição de NaOH, o que faz com que o NH4+ se converta à amônia (NH3), a qual é arrastada pelo vapor d’água e condensada até alcançar a solução de ácido bórico. Em contato com o meio ácido, a NH3 é protonada, formando NH4+, fazendo com que o pH da solução se eleve. A solução de ácido bórico contém indicadores (verde de bromocresol e vermelho de metila) que permitem visualizar o processo pela alteração de cor vermelha/violeta para verde azulado.

A quantificação do N existente na solução de ácido bórico ocorre pela titulação da solução com o ácido sulfúrico, até que se observe o retorno da cor vermelha, que corresponde ao ponto de viragem para condição mais ácida. A quantidade de N existente é proporcional à quantidade de ácido gasta na titulação.

2.3 Material e Equipamentos

Balança com precisão de 0,001 g.

Capela com exaustor, preparada para vapores ácidos.

Bloco digestor com suporte para tubos (40 tubos).

Bureta volumétrica ou digital.

Destilador manual – esquema do sistema em arraste a vapor (Figura 1), descrito em Bremner e Mulvaney (1982) – ou automático.

Erlenmeyer de 125 mL.

Balões volumétricos de 200 mL, 1 L e 2 L.

Pipetas volumétricas de 2 mL e 5 mL.

Tubos de digestão (compatíveis com o destilador).

Proveta de 100 mL.

Béquer de vidro de 500 mL.

Medida de 1,1 g para mistura catalisadora.

2.4 Reagentes e soluções

Sulfato de cobre (CuSO4.5H2O) p.a.

Sulfato de potássio (K2SO4) p.a.

Selênio (Se) p.a.

Octanol (CH3(CH2)7OH) p.a.

Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) (96% de pureza) p.a.

Solução de ácido bórico 1% – Dissolver 100 g de H3BO3 em água destilada e completar o volume do balão em 10.000 mL com água destilada ou deionizada e agitar lentamente.

Solução indicadora vermelho de metila – Dissolver 70 mg de vermelho de metila em balão contendo 100 mL de metanol.

Solução indicadora verde de bromocresol – Dissolver 100 mg de verde de bromocresol em balão contendo 100 mL de metanol.

Solução de ácido sulfúrico (H2SO4) 0,5 mol L-1 – Diluir 29 mL do ácido sulfúrico concentrado p.a. (pureza 96%) em 500 mL de água destilada e completar o volume do balão a 1 L com água destilada ou deionizada e agitar lentamente.

Solução de hidróxido de sódio (NaOH) 40% – Dissolver 400 g de NaOH em água destilada em béquer de vidro, transferir para balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada ou deionizada. Agitar lentamente o balão sem a tampa. Como essa solução aquecerá o balão, colocar sob água corrente ou balde para resfriamento e não tampar.

Solução de tris-hidroximetilaminometano (THAM) 0,0300 mol L-1 – Dissolver 3,6342 g de THAM em água destilada e completar o volume do balão em 1 L com água destilada e agitar lentamente.

Solução de sulfato de amônio (1 mg N/5 mL) – Dissolver 0,942 g de sulfato de amônio em água destilada e completar o volume do balão em 1 L com água destilada. Agitar lentamente. Obs.: ver comentário no item 2.7 sobre o uso de solução padrão.

Solução de ácido acético 15% – Diluir 15 mL de ácido acético glacial (CH3COOH, p.a.) em água destilada e completar o volume do balão de 100 mL com água destilada. Agitar lentamente.

Mistura catalisadora (MC) – Moer finamente 100 g de sulfato de potássio, 10 g de sulfato de cobre e 1 g de selênio (< 100 mesh). Misturar os três reagentes até homogeneização completa para formar a MC.

Solução ácido bórico/indicador – Adicionar 100 mL de cada solução indicadora (vermelho de metila e verde de bromocresol) à solução de H3BO3 1% e agitar lentamente. Checar o pH para obter a cor violeta (ver item 2.7).

Solução de ácido sulfúrico para titulação – Preparar uma solução de H2SO4 cuja concentração condicione o uso de cerca de 10 mL dessa solução na titulação da amostra. Obs.: a mínima concentração da solução de H2SO4 recomendada para que a visualização da mudança de cor do indicador seja nítida é de 0,0025 mol L-1. Fazer um pequeno ensaio com a seguinte fórmula:

Em que:

Mas – concentração da solução de ácido sulfúrico a ser usada, em mol L-1.

N1 – provável concentração de N do material a ser analisado, em dag kg-1.

m – massa da amostra digerida, em mg.

Vm – volume da amostra digerida, em mL.

2.4.1 Padronização da solução de ácido sulfúrico para titulação

Adicionar, em três Erlenmeyers de 125 mL, 10,00 mL da solução de ácido bórico indicador e um volume conhecido(7) da solução THAM.

Proceder à titulação com uma bureta volumétrica ou bureta digital (0,01 mL). A concentração da solução de ácido padronizado é calculada por meio da fórmula:

Em que:

Mas – concentração da solução de ácido sulfúrico a ser usada, em mol L-1.

Vas – volume da solução de ácido sulfúrico gasto na titulação, em mL.

MTHAM – concentração da solução de THAM, em mol L-1.

VTHAM – volume usado da solução de THAM, em mL.

2.5 Procedimento

2.5.1 Digestão da amostra e dos brancos

Pesar 1 g de amostra de solo (TFSA) moída e passada em peneira de 100 mesh. Colocar em tubo de digestão.

Adicionar ao tubo de digestão uma medida (1,1 g) da mistura catalisadora e 4 mL de H2SO4 concentrado.

Preparar dois tubos de digestão para o branco (somente mistura catalisadora e ácido sulfúrico) e mais dois tubos do padrão interno (solo com teor de N conhecido e próximo ao do material a ser analisado). Ver comentário no item 2.7 sobre o uso desse padrão.

Levar os tubos ao bloco digestor em capela de exaustão e elevar a temperatura para 150 °C, por 1 hora. Para materiais com alto teor de matéria orgânica, manter a 70 °C por 3 horas e a 150 °C por 1,5 hora. Em seguida, passar a temperatura para 300 °C e aguardar até que a solução fique incolor (geralmente, essa etapa leva 4 horas). Normalmente, a solução passa de esverdeada clara a incolor.

Desligar o bloco e deixar esfriar em temperatura ambiente.

2.5.2 Destilação

Conferir o volume dos reservatórios de água destilada do destilador manual (ver sobre fervura no item 2.7). Em sistemas automáticos, checar os reservatórios de solução de hidróxido de sódio (40%) e solução 1% ácido bórico/indicador.

Preencher o reservatório de solução de H2SO4 para titulação (podendo ser manual ou automático).

Para o sistema manual, aguardar o início da fervura da água e ligar a torneira que fornece água ao condensador.

Para os sistemas automáticos, seguir as instruções da marca e modelo para funcionamento do destilador.

Transferir primeiramente 15 mL de água destilada para o balão do destilador (ou conectar o tubo de digestão ao aparelho, no caso de sistemas automáticos).

Proceder à destilação de acordo com as orientações do sistema manual ou automático.

Recolher o destilado com a extremidade do tubo de destilação imersa na solução de ácido bórico e indicador.

Titular o destilado da água e do padrão de sulfato de amônio com a solução de H2SO4 aferida com a solução THAM.

Do volume de ácido gasto na titulação do padrão, descontar o volume de ácido gasto na titulação da água destilada.

Verificar o nível de recuperação do N do padrão (satisfatório > 97%).

Proceder à destilação das provas em branco.

Do volume de ácido gasto na titulação da amostra-padrão, descontar o volume de ácido gasto na titulação das provas em branco.

Proceder à destilação das amostras de solo.

Após a análise de todas as amostras, fazer uma limpeza do sistema com ácido acético 15%, evitando-se, assim, a formação de crostas residuais de hidróxido de sódio e sais presentes nas misturas e soluções usadas no processo.

2.6 Cálculos

Em que:

N (mg) – quantidade de nitrogênio recuperada na destilação, em mg.

Mas – concentração da solução padronizada de ácido sulfúrico, em mol L-1.

Vas – volume da solução padronizada ácido sulfúrico gasto na titulação, em mL.

Em que:

N – concentração de nitrogênio da amostra de solo, em g kg-1.

Mac – concentração da solução padronizada de ácido sulfúrico, em mol L-1.

Vac – volume da solução padronizada ácido sulfúrico gasto na titulação, em mL.

m – massa da amostra de solo digerida, em mg. Obs.: caso o teor de N do padrão encontrado seja diferente em mais do que 5% em relação ao valor nominal do N, recomenda-se repetir todo o processo de digestão e destilação das amostras.

Valor 28 – equivale a duas vezes a massa de N (14 g).

2.7 Observações

Durante o procedimento de digestão das amostras, em raras situações e normalmente em amostras com alto teor de matéria orgânica, pode-se observar a formação de muita espuma. Nesse caso, adicionar de três a quatro gotas de octanol para que se evite a formação e extravasamento de espuma do tubo. Em casos mais extremos, recomenda-se uma pré-digestão a 100 ºC por uma noite, seguida de 4h a 150 ºC para, em seguida, completar a digestão como descrito anteriormente.

É comum verificar a cor vermelha intensa para a solução de ácido bórico acrescida dos indicadores, indicando que o pH está ácido, fora do ponto de viragem dos indicadores, que é de cor vermelha tendendo à violeta. Adicionar gotas de solução de NaOH 0,1 mol L-1 até que a solução se torne de cor violeta. Nesse ponto, o pH da solução está muito próximo do ponto de viragem de cor dos indicadores (entre 4,8 e 5,0). Assim, mínimas quantidades de amônia que chegarem à solução alterarão significativamente a cor da solução para verde azulado.

Em sistema manual de destilação, os balões têm aproximadamente 5 L, permanecendo sobre mantas aquecedoras. É interessante que os balões possuam bolinhas de vidro ou pedaços de porcelana para permitir uma ebulição contínua, sem gerar grandes bolhas de ar que se desprendem durante a fervura.

A inclusão de dois tipos de padrão diferentes nesse método, a solução de sulfato de amônio e uma amostra de solo com teor de N conhecido têm o propósito de avaliar a eficiência dos procedimentos de digestão e de destilação, separadamente. Assim, a destilação da solução de sulfato de amônio (sem passar pela digestão) serve para avaliar a eficiência da própria destilação, ao passo que a digestão e destilação de amostra com teor de N conhecido e checagem do valor avalia a possibilidade de problemas na fase de digestão, como digestão incompleta da amostra ou heterogeneidade no aquecimento do bloco digestor. Por isso, no item 2.5 Procedimento, aparecem as fases de destilação do padrão (sulfato de amônio e checagem da recuperação do N), do branco com água, das amostras padrão de solo e amostras em testes, seguidas das respectivas titulações.

2.8 Referências

BREMNER, J. M.; MULVANEY, C. S. Nitrogen - Total. In: PAGE, A. L.; MILLER, R. H.; KEENEY, D. R. (Ed.). Methods of soil analysis: part 2: chemical and microbiological properties. 2nd ed. Madison: American Society of Agronomy, 1982. p. 595-624.

7 O volume da solução de THAM a ser colocado é dependente da concentração da solução de H2SO4 escolhida para a titulação (5,00 mL de THAM para solução ácida com concentração superior a 0,01 mol L-1 e de 2,00 mL para soluções entre 0,0025 e 0,01 mol L-1).

— Capítulo 3 —
NITRATO E AMÔNIO

David Vilas Boas de Campos

Bruno José Rodrigues Alves

Paulo César Teixeira

Claudia Pozzi Jantalia

Bianca Braz Mattos

3.1 Nitrato e amônio determinados pelo método volumétrico

3.1.1 Princípio

Os íons nitrato (NO3-) e amônio (NH4+) em amostras de solo são determinados após extração com KCl 1 mol L-1, seguida de destilação, em que o nitrogênio é retido em solução de ácido bórico e posterior titulação com ácido forte. A liga de Devarda é utilizada para redução do nitrato a amônio.

3.1.2 Material e Equipamentos

Erlenmeyer de 125 mL e 250 mL.

Balões volumétricos de 100 mL, 250 mL e 1 L.

Pipeta volumétrica de 25 mL.

Bureta volumétrica ou digital.

Pipeta.

Proveta.

Almofariz.

Destilador de nitrogênio.

Agitador de mesa horizontal com garras para Erlenmeyer de 125 mL.

Balança analítica.

Tubos de Digestão (compatíveis com o destilador).

Mufla.

3.1.3 Reagentes e Soluções

Liga de Devarda p.a

Óxido de magnésio p.a. – O MgO deve ser calcinado. Colocar em mufla a 500 °C por 6 horas.

Solução de cloreto de potássio 1 mol L-1 – Dissolver 74,5 g de KCl em balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Solução de ácido bórico 4% – pesar 40 g de ácido bórico e transferir para balão volumétrico de 1 L. Dissolver e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Solução mista de indicadores – misturar um volume da solução de vermelho de metila 1 g L-1 e 10 volumes da solução de verde de bromocresol 1 g L-1.

Indicador verde de bromocresol 1 g L-1 – pesar 0,25 g do indicador, triturar em almofariz com 7 mL a 8 mL de solução aquosa de NaOH 4 g L-1. Transferir para balão volumétrico de 250 mL e completar o volume com água destilada ou deionizada.

Indicador vermelho de metila 1 g L-1 – dissolver 0,1 g de vermelho de metila em álcool etílico e transferir para balão volumétrico de 100 mL. Completar o volume com álcool etílico. Homogeneizar.

Indicador alaranjado de metila 1 g L-1 – dissolver 0,1 g de alaranjado de metila em água e transferir para um balão volumétrico de 100 mL. Completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de ácido sulfúrico 0,0025 mol L-1 – Transferir 14 mL de ácido sulfúrico concentrado para balão volumétrico de 1 L contendo aproximadamente 800 mL de água. Deixar esfriar e completar o volume com água (essa solução tem aproximadamente 0,25 mol L-1). Homogeneizar e armazenar. Diluir 10 mL dessa solução com água destilada ou deionizada em balão volumétrico de 1 L. Completar o volume, homogeneizar e padronizar a solução.

Solução de carbonato de sódio 0,0025 mol L-1 – Pesar exatamente 0,2650 g de carbonato de sódio (Na2CO3) p.a., padrão primário, previamente seco em estufa por 2 horas à temperatura de 270 °C e resfriado em dessecador. Transferir para balão volumétrico de 1 L, completar o volume com água destilada ou deionizada e agitar até completa solubilização.

3.1.3.1 Padronização da solução de ácido sulfúrico 0,0025 mol L-1

Pipetar 25,00 mL da solução de carbonato de sódio 0,0025 mol L-1 para Erlenmeyer de 250 mL.

Adicionar 4 a 5 gotas do indicador alaranjado de metila 1 g L-1.

Titular com a solução de ácido sulfúrico 0,0025 mol L-1 até começar a variar a cor do indicador em relação a uma solução de referência (usar uma solução com 80 mL de água fervida por 2 minutos acrescidos de três gotas de alaranjado de metila). Interromper a titulação, ferver por 2 a 3 minutos, esfriar e prosseguir a titulação até variação definitiva da cor do indicador para um tom laranja avermelhado; anotar o volume final, em mililitros.

Fazer três repetições. Calcular a média das concentrações encontradas.

Em que:

Mas – concentração da solução padronizada de H2SO4, em mol L-1.

Va – volume gasto da solução de ácido sulfúrico na padronização, em mL.

Valor 25,00 – volume pipetado da solução padronizada de Na2CO3 0,0025 mol L-1

Valor 0,0025 – concentração do padrão de Na2CO3, em mol L-1.

3.1.4 Procedimento

3.1.4.1 Determinação da umidade da amostra

Pesar 20 g do solo úmido e colocar para secar em estufa de ar forçado ajustada para 105 °C. Após 3 dias, realizar a pesagem do solo seco.

3.1.4.2 Extração

Pesar 10 g de amostra de solo em Erlenmeyer de 125 mL. Adicionar 100,00 mL de solução de KCl 1 mol L-1.

Agitar por 1 hora em agitador horizontal circular e depois deixar em repouso por 1 hora.

Realizar a determinação no mesmo dia.

3.1.4.3 Determinação

3.1.4.3.1 Determinação de Amônio

Pipetar 25,00 mL de sobrenadante. Transferir para tubos de digestão e adicionar 0,2 g de óxido de magnésio.

Preparar um Erlenmeyer de 125 mL, contendo 10 mL de solução de ácido bórico 4% e três gotas da solução mista de indicadores.

Acoplar o tubo de digestão ao destilador de nitrogênio e proceder à destilação (entre 3 e 4 minutos), coletando o condensado no Erlenmeyer previamente preparado.

Titular com solução de H2SO4 0,0025 mol L-1, até a viragem da cor que passa de azul esverdeada para levemente vermelha. Anotar o volume gasto.

Proceder duas provas em branco com adição de 25 mL de água destilada ou deionizada.

3.1.4.3.2 Determinação de Nitrato

Preparar outro Erlenmeyer de 125 mL contendo 10 mL de solução de ácido bórico 4% e três gotas da solução mistura de indicadores.

Retirar o tubo de digestão do destilador (tomar cuidado devido ao aquecimento), deixar esfriar e adicionar 0,2 g de liga de Devarda. Imediatamente, acoplar de novo o tubo de digestão ao destilador de nitrogênio e proceder a destilação (entre 2 e 4 minutos), coletando o condensado no Erlenmeyer previamente preparado.

Titular com solução padronizada de H2SO4 0,0025 mol L-1 até a viragem da cor, que passa de azul esverdeada para levemente vermelha. Anotar o volume gasto.

Proceder duas provas em branco com adição de 25 mL de água destilada.

3.1.5 Cálculos

Em que:

N - NH4+ – concentração de amônio no solo, em mg kg-1.

Ma – concentração da solução padronizada de H2SO4, em mol L-1.

V1– volume gasto da solução de ácido sulfúrico para o amônio, em mL.

Vba– volume gasto da solução de ácido sulfúrico para a prova em branco do amônio, em mL.

Valor 14.400 – Equivale a 4x100x36, sendo 4 vindo da divisão de 100 mL KCl 1 mol L-1 por 25 mL pipetado, 100 vindo da mudança de 10 g para 1 kg de solo e 36 vindo da massa de NH4+ titulado pelo ácido (2 x 18 g).

Em que:

N – NO3- – concentração de nitrato no solo, em mg kg-1.

Ma – concentração da solução padronizada de H2SO4, em mol L-1.

V2 – volume gasto da solução de ácido sulfúrico para o nitrato, em mL.

Vbn – volume gasto da solução de ácido sulfúrico para a prova em branco do nitrato, em mL.

Valor 49.600 – equivale a 4x100x124, sendo 4 vindo da divisão de 100 mL KCl 1 mol L-1 por 25 mL pipetado, 100 vindo da mudança de 10 g para 1 kg de solo e 124 vindo da massa de NO3- titulado pelo ácido (2 x 62 g).

Para obter o resultado expresso em teor de N das respectivas formas químicas, usar os fatores de conversão abaixo:

3.1.6 Observações

Separar uma alíquota da amostra de solo para determinar o teor de umidade atual (posterior apresentação dos resultados em relação ao solo seco).

Se a determinação não puder ser feita no mesmo dia da extração, é necessário realizar a filtragem da amostra usando papel filtro quantitativo grade 42 e armazenar o extrato à temperatura aproximada de 4 °C.

Sugere-se ajustar o destilador de nitrogênio para adição de 10 mL de água destilada, 10 mL de soda e tempo de destilação de 2 minutos, e não drenar o tubo de digestão após a destilação do amônio.

Pode-se fazer a calibração do método usando soluções padrões de nitrato e amônio.

3.2 Nitrato e amônio determinados pelo método espectrofotométrico

3.2.1 Princípio

Os íons nitrato (NO3-) e amônio (NH4+) em amostras de solo são determinados após extração com solução de KCl 1 mol L-1. Para a análise de NO3-, utiliza-se a técnica de espectrofotometria na região ultravioleta, sem adição de reagentes. A análise de NH4+ é feita por espectrofotometria na faixa visível, após reação de Berthelot, utilizando salicilato de sódio.

3.2.2 Material e Equipamentos

Pipetas volumétricas de 10 mL, 7 mL, 5 mL, 3 mL e 1 mL.

Erlenmeyer de 250 mL.

Agitador de mesa horizontal com garras para Erlenmeyer de 250 mL.

Balança analítica.

Espectrofotômetro UV-Vis.

Agitador vortex.

Frasco de vidro para padrões e extratos.

3.2.3 Reagentes e Soluções

Solução de cloreto de potássio 1 mol L-1 – Dissolver 74,5 g de KCl em balão volumétrico de 1 L contendo água e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução estoque 1.000 mg L-1 de N – Dissolver 0,5714 g de NH4NO3 em balão volumétrico de 100 mL contendo água e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de salicilato/nitroprussiato – Dissolver 33 g de salicilato de sódio e 20 mg de nitroprussiato de sódio em balão volumétrico de 100 mL, contendo água e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de citrato de sódio/hidróxido de sódio – Dissolver 9,33 g de citrato de sódio (di-hidratado) e 4 g de hidróxido de sódio em balão volumétrico de 100 mL contendo água destilada ou deionizada e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de hipoclorito de sódio 5% – Diluir 45 mL de hipoclorito de sódio (solução aquosa; mínimo 12% em massa) para um volume final de 100 mL em água destilada.

Solução padrão 10 mg L-1 de N-NH4+ e 10 mg L-1 de N-NO3- (“Solução 10 mg L-1”) – Pipetar 1 mL da solução estoque 1000 mg L-1 de N e transferir para balão volumétrico de 100 mL, completando o volume com solução de KCl 1 mol L-1, para obter uma solução 10 mg L-1 de N-NH4+ e 10 mgL-1 de N-NO3-.

Soluções-padrão de N (diluídas) - (0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 e 1,1 mg L-1 de N-NH4+ e N-NO3-) – pipetar 1, 3, 5, 7, 9 e 11 mL de solução 10 mg L-1 para balões volumétricos de 100,00 mL e completar o volume com a solução de KCl 1 mol L-1. Usar também a solução extratora pura para obter a concentração de 0,0 mg L-1 de N. Guardar as soluções em frascos tampados, com indicação das concentrações nos rótulos. Obs.: padrões mais concentrados podem ser usados, desde que as leituras de absorbância se mantenham abaixo de 1.

3.2.4 Procedimento

3.2.4.1 Determinação da umidade da amostra

Pesar 20 g do solo úmido e colocar para secar em estufa de ar forçado ajustada para 105 °C. Após três dias, realizar a pesagem do solo seco.

3.2.4.2 Extração

Pesar 20 g de amostra de solo em Erlenmeyer de 250 mL previamente tarado e adicionar 60 mL de solução de KCl 1 mol L-1.

Agitar por 30 minutos em agitador horizontal circular (20 rpm), e depois deixar em repouso por, no mínimo, 15 minutos e filtrar. Em geral, os filtros rápidos são suficientes. Solos argilosos, ricos em óxidos de ferro, podem requerer filtragem lenta para obter um extrato suficientemente claro. Utilizar a centrifugação em vez da filtragem é um recurso para se conseguir extratos incolores em um tempo mais curto.

Pipetar 25 mL dos extratos, transferir para frascos limpos e seguir à determinação das formas minerais de N preferencialmente no mesmo dia. Caso necessário, os frascos contendo os extratos podem ser armazenados em geladeira para análise no dia seguinte.

Reservar parte da solução de KCl 1 mol L-1 para preparação do branco.

3.2.4.3 Determinação de amônio e nitrato

3.2.4.3.1 Determinação de amônio

Em um béquer com volume final compatível com o número de análises a serem realizadas, preparar uma solução contendo uma parte da solução de salicilato/nitroprussiato e duas partes da solução de citrato de sódio/hidróxido de sódio. Agitar.

Pipetar 4 mL de cada solução padrão preparada e também 4 mL dos extratos das amostras, em tubos de ensaio individuais. Pipetar 4 mL da solução KCl 1 mol L-1 em mais dois tubos de ensaio (brancos).

Aplicar a mesma diluição para o branco caso seja necessário fazê-la para a amostra.

Em cada tubo contendo os padrões, amostras e branco, adicionar 0,9 mL da mistura de soluções (uma parte da solução de salicilato/nitroprussiato e duas partes da solução de citrato de sódio/hidróxido de sódio). Agitar.

Adicionar 0,1 mL da solução de hipoclorito de sódio em cada tubo, agitar em vórtice ou manualmente por 15 segundos. Este último passo é muito importante para completa mistura dos reagentes e, após o procedimento, manter em repouso em ambiente escuro por 2 horas.

Agitar em vórtice para homogeneizar e proceder à leitura em espectrofotômetro UV-Vis no comprimento de onda de 647 nm.

Realizar análise de regressão linear simples entre as concentrações nominais de N-NH4+ (em mg L-1) e as leituras de absorbância em comprimento de onda de 647 nm.

Após relacionar as concentrações nominais dos padrões com as leituras, obtém-se a função do tipo L = ax + b, sendo L a absorbância, e x, a concentração. Com reordenação dos termos da função, estima-se a concentração de N no extrato em função da leitura de absorbância: x = (L - b) / a.

3.2.4.3.2 Determinação de nitrato

Proceder a leitura dos padrões, das amostras e dos brancos em espectrofotômetro UV-Vis nos comprimentos de onda de 220 nm e 275 nm.

Inicialmente, calcular a absorbância devida à presença do nitrato na amostra. As absorbâncias nos menores comprimentos de onda incluem o nitrato e impurezas. No sentido dos maiores comprimentos de onda, a participação do nitrato diminui. Assim, considera-se que, no comprimento de onda de 220 nm, a absorbância reflete a presença do nitrato e de impurezas, e que, no comprimento de onda de 275 nm, a absorbância ocorre pela presença somente de impurezas. Assim, o primeiro passo é subtrair da absorbância no comprimento de onda de 220 nm, o dobro da absorbância em 275 nm. A curva analítica com padrões de nitrato pode ser obtida conforme Tabela 1.

Tabela 1. Exemplo de obtenção de curva analítica com padrões de nitrato.

Concentração nominal

Absorbância

Absorbância líquida (NO3-)

220 nm

275 nm

A220 nm - (2 x A275 nm)

mg L-1 de N

0,1

0,091

0,002

0,087

0,3

0,278

0,003

0,272

0,5

0,451

0,001

0,449

0,7

0,636

0,002

0,632

1,0

0,918

0,004

0,910

Nota: a absorbância líquida é calculada como sendo a diferença entre a absorbância obtida no comprimento de onda 220 nm menos o dobro da absorbância obtida no comprimento de onda 275 nm.

Após relacionar as concentrações nominais dos padrões com a absorbância líquida (NO3-), sendo a concentração colocada no eixo das abscissas e a absorbância líquida no eixo das ordenadas, obtém-se a função do tipo L=ax + b, sendo L a absorbância líquida, e x, a concentração. Com reordenação dos termos da função, estima-se a concentração de N no extrato em função da absorbância líquida: x = (L - b) / a. Como exemplo, usando os dados fornecidos na tabela acima, a equação obtida seria L=0,9123x – 0,0044.

3.2.5 Cálculos

3.2.5.1 Concentração de amônio no solo

Em que:

N-NH4+ – concentração de N no solo na forma de amônio, em mg kg-1.

La – leitura da amostra no espectrofotômetro, em absorbância.

Lb – leitura da prova em branco no espectrofotômetro, em absorbância.

a – coeficiente angular da curva analítica obtida com a leitura dos padrões.

b – coeficiente linear da curva analítica obtida com a leitura dos padrões.

f – fator de diluição da amostra (ex.: diluição 1:10 indica f = 10).

V – volume do extrato, em mL.

v – volume de água na amostra, em mL, calculado como a diferença entre a massa úmida e a massa seca (m) da amostra de solo usada na extração.

m – massa seca da amostra de solo usada na extração, em g.

3.2.5.2 Concentração de nitrato no solo

Em que:

N-NO3- – concentração de N no solo na forma de nitrato, em mg kg-1.

La – absorbância líquida da amostra [Abs220 nn - (2 x Abs275 nn)] obtida pelo espectrofotômetro.

Lb – absorbância líquida da prova em branco [A220 nm - (2 x A275 nm)] obtida pelo espectrofotômetro.

a – coeficiente angular da curva analítica (intercepto) obtida relacionando as concentrações nominais dos padrões com a absorbância líquida (NO3-).

b – coeficiente linear da curva analítica obtida relacionando as concentrações nominais dos padrões com a absorbância líquida (NO3-).

F – fator de diluição da amostra (ex.: diluição 1:10 indica f = 10).

V – volume do extrato, em mL.

v – volume de água na amostra, em mL, calculado como a diferença entre a massa úmida e a massa seca (m) da amostra de solo usada na extração.

m – massa seca da amostra de solo usada na extração, em g.

3.2.6 Observações

Os reagentes preparados devem ser guardados em geladeira por no máximo uma semana, exceto a solução de hipoclorito de sódio, que deve ser preparada no momento da análise.

A solução de salicilato/nitroprusiato deve ser protegida da luz. Uma sugestão é usar garrafas envolvidas com papel alumínio.

A solução de hipoclorito de sódio 5% pode ser substituída por água sanitária comercial; neste caso, usar uma garrafa recém-aberta.

Os teores de nitrato e amônio se alteram com mudanças de temperatura e umidade da amostra. Por isso, no campo, as amostras de solo devem ser acondicionadas em caixa de isopor com gelo, prosseguindo-se à extração o mais rápido possível. O congelamento após a coleta é prática comum para preservar os teores próximos àqueles do momento da coleta. Se a amostra não teve esse preparo, os resultados podem não refletir a condição existente no solo no momento da coleta. As amostras congeladas precisam ser descongeladas lentamente, transferindo-se do freezer para a geladeira no dia anterior à análise.

Solos com níveis muito baixos de nitrato (< 1 mg kg-1) e altos de matéria orgânica (especialmente em solos arenosos) podem apresentar absorbância líquida negativa, devendo-se buscar outro método mais sensível se a quantificação dessas concentrações for relevante.

3.3 Literatura recomendada

Alves, B. J. R.; Santos, J. C. F. dos; Urquiaga, S.; Boddey, R. M. Métodos de determinação do nitrogênio em solo e planta. In: HUNGRIA, M.; ARAUJO, R. S. (Ed.). Manual de métodos empregados em estudos de microbiologia agrícola. Brasília, DF: Embrapa-SPI, 1994. p. 449-470.

KALINICHENKO, I. E.; DEMUTSKAYA, L. N. Determination of nitrates in drinking water by three-wavelength ultraviolet photometry. Journal of Analytical Chemistry, v. 59, n. 3, p. 211-214, Mar. 2004.

KEENEY, D. R; NELSON, D. W. Nitrogen-inorganic forms. In: PAGE, A. L.; MILLER, R. H.; KEENEY, D. R. (Ed.). Methods of soil analysis: part 2: chemical and microbiological properties. 2nd ed. Madison: American Society of Agronomy, 1982. p. 643-698.

KEMPERS, A. J.; ZWEERS, A. Ammonium determination in soil extracts by the salicylate method. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 17, n. 7, p. 715-723, 1986.

MATOS, A. T.; LEMOS, A. F.; BARROS, F. M. Mobilidade de nitrato em solos de rampas de tratamento de água residuária por escoamento superficial. Engenharia na Agricultura, v. 12, n. 1, p. 57-65, 2004.

OLSEN, K. K. Multiple wavelength ultraviolet determinations of nitrate concentration, method comparisons from the Preakness Brook Monitoring Project, October 2005 to October 2006. Water, Air, and Soil Pollution, v. 187, n. 1/4, p. 195-202, Jan. 2008.

SCHIMIDT, E. Nitrification in soil. In: STEVENSON, F. J. (Ed.). Nitrogen in agricultural soils. Madison: American Society of Agronomy, 1982. p. 253-288.

SILVA, D. de F.; ANDRADE, C. de L. T.; SIMEONE, M. L. F.; AMARAL, T. A.; CASTRO, L. A. de; MOURA, B. F. Analise de nitrato e amônio em solo e água. Sete Lagoas: Embrapa Milho e Sorgo, 2010. 55 p. (Embrapa Milho e Sorgo. Documentos, 114).

SILVA, E. C.; ZUCHELLO, F.; ALVES, B. J. R.; URQUIAGA, S. Avaliação do método da espectrometria UV para determinação de nitrato em extrato de solo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 34., 2013, Florianópolis. Ciência do solo: para quê e para quem: anais. Florianópolis: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2013. 1 CD-ROM.

— Capítulo 4 —
CARBONO E NITROGÊNIO TOTAL – Analisador elementar

Ademir Fontana

Silmara Rossana Bianchi

4.1 Introdução

Nos solos, de maneira geral, podem ser encontrados diversos componentes cujas estruturas apresentam elementos como o carbono (C), hidrogênio (H) e nitrogênio (N). A matéria orgânica do solo, em seus diversos estágios de transformação e origem, representa um importante conjunto de estruturas, moléculas e/ou substâncias que contêm esses elementos. Outros materiais, como carbonatos e bicarbonatos, também são fontes desses elementos.

Diante da natureza dessa análise, a determinação por analisador elementar não considera os diversos compartimentos e/ou a origem no solo, principalmente para o carbono, cuja origem poderá incluir materiais minerais e orgânicos.

4.2 Princípio

A amostra é submetida ao processo de combustão (temperatura em torno de 1.000 °C), onde o carbono é convertido em CO2, hidrogênio em H2O, e o nitrogênio em N2 gasoso. Outros elementos, como, por exemplo, o cloro, também são convertidos em produto de combustão apropriado, tal como cloreto de hidrogênio.

Após a combustão, os produtos são arrastados para fora da câmara de combustão por meio de um gás de transporte inerte, como o hélio, e passa através de uma coluna aquecida (em torno de 625 °C) de cobre de elevada pureza. O cobre tem a função de remover o oxigênio residual não consumido na combustão.

Para a determinação do C, N e H, os gases gerados na câmara de combustão (CO2, N2, H2O) são separados em uma coluna de cromatografia gasosa, seguido da detecção por condutividade térmica.

4.3 Material e Equipamentos

Analisador elementar automático de CHN ou CHNS/O.

Colunas de combustão e redução de quartzo de acordo com a marca e modelo do equipamento.

Cilindros de gases de acordo com a marca e modelo do equipamento.

Gral e pistilo (preferencialmente de ágata).

Peneira de 80 mesh.

Microbalança com precisão de 0,0001 mg.

Espátulas e pinças metálicas.

Cápsulas de estanho: conforme indicação de cada equipamento.

4.4 Reagentes e soluções

Padrão analítico de alta pureza para calibração – acetanilida (C=71,09%, H=6,71%, N=10,36%).

Reagentes e acessórios para o preenchimento das colunas de acordo com a marca e modelo de equipamento.

Solução de HCl diluído 1:10 – Adicionar 100 mL de HCl concentrado em balão volumétrico de 1 L previamente preenchido até a metade com água deionizada. Completar o volume com água. Homogeneizar.

4.5 Procedimento

4.5.1 Colunas e padrão de referência

Proceder a montagem das colunas de combustão e redução utilizando os respectivos reagentes de acordo com o manual do equipamento utilizado.

Pesar em cápsula de estanho, com o auxílio de uma espátula metálica e das pinças, aproximadamente, 2,0000 mg (± 0,0001 mg) de padrão de acetanilida para a calibração do equipamento conforme orientação do fabricante.

Fechar a cápsula.

4.5.2 Amostra de solo

Separar em gral e pistilo aproximadamente 1,0 g de solo (TFSA)(8).

Moer e peneirar(9) a 80 mesh.

Pesar em cápsula de estanho aproximadamente 25,00 mg(10) (± 0,01 mg) de amostra de solo.

Fechar a cápsula.

4.5.3 Determinação do carbono e nitrogênio

Acondicionar a cápsula do padrão e do solo no analisador elementar de acordo com o manual do equipamento.

Proceder as leituras(11) e anotar as concentrações de cada elemento(12).

4.6 Observações

No momento da amostragem do solo, deve-se analisar a possível presença de minerais carbonatados, como fragmentos de rocha ou minerais secundários (nódulos carbonáticos), ou em áreas agrícolas pela aplicação recente de calcário como corretivo ou fertilizantes nitrogenados. Como o procedimento não discrimina a origem dos elementos, o conhecimento do histórico da amostra mostra-se importante na avaliação e interpretação dos resultados dessa análise.

4.7 Literatura recomendada

ANALYTICAL METHODS COMMITTEE. Evaluation of analytical instrumentation. Part XIX CHNS elemental analysers. Accreditation and Quality Assurance, v. 11, n. 11, p. 569-576, Nov. 2006.

8 Em solo com sinais de carbonatos ou bicarbonatos, separar uma amostra e adicionar quantidades de solução de HCl diluído 1:10 até não se observar efervescência; após, secar em estufa a 40 °C. Essa amostra será macerada e utilizada para a determinação dos elementos.

9 O solo poderá ser moído em moinho de bolas ou de qualquer outra forma que leve à qualidade de tamanho de partículas como o talco.

10 Em solo que apresenta alto teor de matéria orgânica (ex.: solos orgânicos – turfa), a massa pode ser reduzida para até 10,00 mg. Por outro lado, em solo com muito baixo teor de matéria orgânica, a massa pode ser aumentada para 50,00 mg.

11 A leitura do padrão e do solo deve seguir as especificações do equipamento.

12 O cálculo do teor de cada elemento deverá ser observado especificamente no manual do usuário para cada modelo e marca de equipamento.

— Capítulo 5 —
MATÉRIA ORGÂNICA

Ademir Fontana

5.1 Introdução

A quantificação pela via seca em mufla por incineração representa uma opção de determinação total da matéria orgânica; contudo, não discrimina os diversos compartimentos componentes do solo, como aqueles minerais e orgânicos. Contudo, o valor de matéria orgânica obtido é satisfatório e o método é preferencialmente indicado para os solos com altos teores de matéria orgânica, como aqueles de composição orgânica (Pereira et al., 2006).

Os solos de composição orgânica são definidos por apresentarem teor de carbono orgânico obtido pelo método via úmida (item 1.5) maior ou igual a 80 g kg-1, conforme definido no Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (SiBCS) (Santos et al., 2013). Nesse grupo de solos estão os classificados como horizontes diagnósticos O e H hísticos, componentes principalmente da classe dos Organossolos, segundo o SiBCS (Santos et al., 2013) e, ainda, camadas com materiais orgânicos variadas de composição e estágio de decomposição, como a liteira e/ou serapilheira.

5.2 Princípio

A amostra é submetida ao processo de combustão com aquecimento programado e perda de massa pela incineração em mufla, conforme descrição do Anexo B (Métodos de análises de solos adotados pela Embrapa Solos) do SiBCS.

O teor de matéria orgânica é quantificado pela diferença entre a massa do solo seco em estufa e a massa do resíduo obtido após a incineração em mufla.

5.3 Material e Equipamentos

Balança com precisão de 0,001 g.

Estufa com controle de temperatura (pelo menos 105 °C).

Mufla com controle de temperatura para 600 °C.

Cadinhos de porcelana.

Dessecador com sílica gel.

Espátulas.

5.4 Procedimento

5.4.1 Incineração do solo

Pesar 5,00 g de solo (TFSA)(13), macerado e peneirado a 80 mesh.

Dispor em cadinho de porcelana.

Deixar para estufa a 65 ºC por 24 horas.

Retirar da estufa e deixar em dessecador até esfriar.

Pesar e anotar a massa do solo seco no cadinho de porcelana.

Retornar o solo seco no cadinho de porcelana para a mufla, regular a temperatura a 600 ºC e deixar por 6 horas.

Retirar o cadinho de porcelana e deixar em dessecador até esfriar.

Pesar o resíduo (solo incinerado) no cadinho de porcelana frio.

5.4.2 Cálculo

Em que:

MOS – concentração de matéria orgânica do solo, em g kg-1.

Ms – massa do solo seco em estufa a 65 °C, em g.

Mr – massa do resíduo após mufla a 600 °C, em g.

5.5 Observações

No momento da amostragem do solo, deve-se analisar a possível presença de minerais carbonatados, como fragmentos de rocha ou minerais secundários (nódulos carbonáticos), ou em áreas agrícolas pela aplicação recente de calcário como corretivo ou fertilizantes nitrogenados. Como o procedimento não discrimina a origem dos elementos, o conhecimento do histórico da amostra é importante na avaliação e interpretação dos resultados dessa análise.

5.6 Referências

PEREIRA, M. G.; VALLADARES, G. S.; ANJOS, L. H. C. dos; BENITES, V. de M.; ESPÍNDULA JUNIOR, A.; EBELING, A. G. Organic carbon determination in Histosols and soil horizons with high organic matter content from Brazil. Scientia Agricola, v. 63, n. 2, p. 187-193, mar./abr. 2006.

SANTOS, H. G. dos; JACOMINE, P. K. T.; ANJOS, L. H. C. dos; OLIVEIRA, V. A. de; LUMBRERAS, J. F.; COELHO, M. R.; ALMEIDA, J. A. de; CUNHA, T. J. F.; OLIVEIRA, J. B. de. Sistema brasileiro de classificação de solos. 3. ed. rev. e ampl. Brasília, DF: Embrapa, 2013. 353 p.

13 Em solo com sinais de carbonatos ou bicarbonatos, separar uma amostra e adicionar quantidades de solução de HCl diluído 1:10 até não se observar efervescência. Após, secar em estufa a 40 °C. Essa amostra será macerada e utilizada para a determinação dos elementos.

— Capítulo 6 —
FRACIONAMENTO QUÍMICO DA MATÉRIA ORGÂNICA

Vinícius de Melo Benites

Pedro Luiz Oliveira de Almeida Machado

Beata Emoke Madari

Ademir Fontana

6.1 Introdução

Tradicionalmente, o húmus foi dividido em três frações: ácidos fúlvicos, ácidos húmicos e huminas, como frações operacionalmente definidas da matéria orgânica do solo, com base nas características de solubilidade dos compostos orgânicos. A cada uma dessas frações foram atribuídas características físico-químicas que definiriam sua qualidade e função no solo. Pesquisas mais recentes, incluindo o desenvolvimento de novas técnicas moleculares e analíticas (Simpson et al., 2007), contribuíram para o avanço do conhecimento sobre a composição da matéria orgânica do solo. A maioria do material húmico definido operacionalmente nos solos, tanto nas frações extraíveis (ácidos fúlvicos, ácidos húmicos) quanto nas huminas, é uma mistura muito complexa de biopolímeros microbianos e vegetais e seus produtos de degradação, mas não são categorias químicas distintas (Kelleher e Simpson, 2006; Simpson et al., 2007). As proporções das várias classes de compostos e estruturas individuais dentro dessas classes refletem, em grande medida, a composição química dentro do microambiente específico do solo (Simpson et al., 2007).

O fracionamento em base de solubilidade das soluções aquosas oferece informação útil sobre a matéria orgânica, entretanto, a interpretação dos resultados deve ser feita levando em consideração os avanços recentes na caracterização da matéria orgânica. Assim, as avaliações e estudos das frações húmicas têm sido utilizados na avaliação da mudança de manejo, uso ou da qualidade do ambiente (Cunha et al., 2005) ou, ainda, como proposta para a classificação taxonômica dos solos brasileiros como característica diferencial (Fontana et al., 2010; Valladares et al., 2007). Essas avaliações têm por base a distribuição das frações húmicas a partir do teor de carbono das frações (absoluto), ou ainda derivado o percentual em relação ao carbono orgânico (participativo) e as razões entre frações.

6.2 Princípio

O fracionamento consiste na obtenção de três frações, as quais são definidas operacionalmente em relação à solubilidade em função do pH da solução extratora (base ou ácido) e os resíduos: fração ácidos fúlvicos, fração ácidos húmicos e fração humina (Kononova, 1966; Schnitzer, 1978; Stevenson, 1994).

Como definição geral, a fração ácidos fúlvicos apresenta cor amarelo-parda e é solúvel em qualquer valor de pH da solução; a fração ácidos húmicos, de cor castanho-escura, está solúvel em meio alcalino e insolúvel em meio ácido diluído, e a fração humina representa o resíduo insolúvel que permanece como precipitado (Kononova, 1966; Schnitzer, 1978; Stevenson, 1994).

A quantificação do carbono orgânico nas frações húmicas é feita em alíquotas ou no resíduo a partir da digestão com a solução de dicromato de potássio e o ácido sulfúrico concentrado, seguindo com a titulação com o sulfato ferroso amoniacal (Yeomans; Bremmer, 1988).

Dentre os diversos métodos citados na literatura, é apresentado um procedimento simplificado e de fácil execução, o qual foi proposto anteriormente por Benites et al. (2003). Alguns ajustes em relação ao método foram feitos considerando o melhor desenvolvimento e rendimento laboratorial.

6.3 Material e Equipamentos

6.3.1 Fracionamento

Centrífuga refrigerada de alta rotação (superior a 5.000 g) com rotor para tubos de 50 mL.

Capela de fluxo contínuo.

Geladeira.

Sistema de filtragem a vácuo para filtros 47 mm de diâmetro ou maior.

Bomba de vácuo.

Filtros de membrana em éster de celulose, 0,45 mm de poro e 47 mm de diâmetro, lisa (ex.: Millipore HAWP04700).

Balão volumétrico de 100,00 mL e 1 L.

Balança com precisão de 0,001 g.

Provetas de 25 mL, 50 mL e 100 mL.

Potenciômetro.

Tubos de centrífuga de 50 mL com tampa.

Funil.

Espátulas e conta gotas.

6.3.2 Determinação do teor de carbono nas frações

Bloco digestor com, no mínimo, 40 posições.

Chapa aquecedora com regulagem de temperatura (até 250 °C).

Tubos de digestão.

Bureta volumétrica ou digital.

Provetas de 25 mL, 50 mL e 100 mL.

Pipetas de 1,00 mL e 5,00 mL ou pipeta automática regulável de 1-5 mL.

Erlenmeyer de 125 mL.

Dedos frios para refluxo.

6.4 Reagentes e soluções

Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) (96% de pureza), p.a.

Solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 mol L-1 – Dissolver 4,00 g de NaOH com água destilada ou deionizada e completar o volume do balão a 1 L com água.

Solução de ácido sulfúrico (H2SO4) 20% (v/v) – Dissolver lentamente 200 mL de H2SO4 em 500 mL de água destilada ou deionizada e completar o volume do balão a 1 L com água.

Solução de dicromato de potássio (K2Cr2O7) 0,042 mol L-1 – Dissolver 12,26 g de K2Cr2O7 (pré-seco em estufa a 105 °C e conservado em dessecador) em água destilada e completar o volume do balão a 1 L com água destilada ou deionizada.

Solução de dicromato de potássio (K2Cr2O7) 0,167 mol L-1 – Dissolver 49,04 g de K2Cr2O7 (pré-seco em estufa a 105 °C e conservado em dessecador) em água destilada ou deionizada e completar o volume do balão a 1 L com água.

Indicador Ferroin 0,025 mol L-1 – Dissolver 1,465 g de ortofenantrolina mono-hidratada e 0,985 g de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O em água destilada ou deionizada e completar o volume do balão a 100 mL.

Solução de sulfato ferroso amoniacal (Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O) 0,0125 mol L-1 – Dissolver 4,902 g de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O em 500 mL de água destilada e adicionar 15,00 mL de H2SO4. Resfriar a solução e completar o volume do balão a 1 L com água destilada. Manter sob refrigeração e protegido da luminosidade.

Solução de sulfato ferroso amoniacal (Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O) 0,250 mol L-1 – Dissolver 98,04 g de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O em 500 mL de água destilada ou deionizada e adicionar 15,00 mL de H2SO4. Resfriar a solução e completar o volume do balão a 1 L com água.

6.5 Procedimento

6.5.1 Extração e Fracionamento

Pesar uma amostra de terra fina seca em estufa (TFSE) com teor de carbono orgânico (C org) de 0,03 g (30 mg). Massa de solo (g) = 30 mg / C org no solo (g kg-1)(14).

Dispor em tubo de centrífuga de 50 mL.

Adicionar 20 mL de solução de NaOH 0,1 mol L-1, misturar com espátula e agitar manualmente.

Deixar em repouso por 16 a 24 horas(15).

Balancear o peso dos tubos e centrifugar por 30 minutos a 5.000 g.

Recolher o sobrenadante (extrato alcalino) em outro tubo de centrífuga de 50 mL.

Adicionar ao precipitado do tubo de centrífuga 20 mL de solução de NaOH 0,1 mol L-1.

Solubilizar com espátula, agitar manualmente e deixar em repouso por uma hora.

Balancear o peso dos tubos e centrifugar por 30 minutos a 5.000 g.

Recolher o sobrenadante (extrato alcalino) juntamente com o obtido na primeira centrifugação.

Ajustar o pH do extrato alcalino para 1 a 2 com H2SO4 20%(16).

Acondicionar o extrato alcalino (pH 1 a 2) por uma noite em geladeira.

Reservar o precipitado em placa e secar em estufa a 45 °C. Guardar para determinação do carbono orgânico na fração humina.

6.5.2 Separação dos ácidos fúlvicos e húmicos por centrifugação

Balancear o peso dos tubos contendo o extrato alcalino ao pH 1 a 2.

Centrifugar por 15 minutos a 5.000 g(17).

Recolher o sobrenadante (ácidos fúlvicos) em tubo de centrífuga de 50 mL e completar o volume com NaOH 0,1 mol L-1 ou água destilada.

Solubilizar o precipitado (ácidos húmicos) no tubo de centrífuga de 50 mL e completar o volume com NaOH 0,1 mol L-1 ou água destilada(18).

6.5.3 Separação dos ácidos fúlvicos e húmicos por filtragem

Verter dos tubos o extrato alcalino (pH 1 a 2) em filtro de membrana de 0,45 mm sob vácuo. Pode ser feito diretamente sob filtro e funil disposto em tubo de centrífuga de 50 mL.

Retirar o filtro com os ácidos húmicos e lavar com solução de NaOH 0,1 mol L-1 para retirar os ácidos húmicos retidos em tubo de centrífuga de 50 mL.

Completar o volume dos ácidos fúlvicos e húmicos a 50 mL com solução de NaOH 0,1 mol L-1 ou água (destilada ou deionizada). Armazenar em até no máximo 5 dias para determinação do teor de carbono orgânico.

6.5.4 Oxidação do carbono orgânico nas frações

6.5.4.1 Ácidos fúlvicos e húmicos

Preparar dois brancos frios e dois aquecidos: em tubos de digestão adicionar 5 mL de água destilada, 1,00 mL de solução de K2Cr2O7 0,042 mol L-1 e 5 mL de H2SO4 concentrado.

Pipetar 5,00 mL do extrato de cada fração e dispor em tubo de digestão(19).

Adicionar 1,00 mL de solução de K2Cr2O7 0,042 mol L-1 e 5 mL de H2SO4 concentrado.

Aquecer dois tubos do branco e os tubos com as frações em bloco digestor com dedos frios (máximo 150 °C) por 30 minutos e/ou até obter a oxidação do Corg (cor amarela-castanha)(20).

Deixar esfriar.

Transferir a solução dos brancos e das frações para Erlenmeyer de 125 mL.

Adicionar três gotas de indicador Ferroin.

Titular(21) com solução de sulfato ferroso amoniacal 0,0125 mol L-1 (viragem do verde para o vermelho bordô).

6.5.4.2 Humina

Preparar dois brancos frios e dois aquecidos: em tubos de digestão, adicionar 5,00 mL de solução de K2Cr2O7 0,167 mol L-1 e 10 mL de H2SO4 concentrado.

Pesar o precipitado seco a 50 °C (anotar a massa), macerar e dispor no tubo de digestão.

Adicionar 5,00 mL de solução de K2Cr2O7 0,167 mol L-1 e 10 mL de H2SO4 concentrado.

Aquecer dois tubos do branco e tubos com fração em bloco digestor com dedos frios (máximo 150 °C) por 30 minutos e até obter a oxidação do carbono orgânico (cor amarela-castanha)(22).

Deixar esfriar.

Transferir a solução dos brancos e da fração para Erlenmeyer de 125 mL.

Titular(23) com solução de sulfato ferroso amoniacal 0,25 mol L-1 até viragem da cor verde para o vermelho bordô.

Recolher toda solução após a titulação das amostras e do branco em embalagem especial para posterior tratamento como resíduo químico ou destinação adequada.

6.6 Cálculos

6.6.1 Frações ácidos fúlvicos e húmicos6

Em que:

Corg – concentração de carbono orgânico nas frações, em g kg-1.

Vba – volume da solução de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação do branco aquecido, em mL.

Va – volume da solução de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação da amostra, em mL.

Vbs – volume da solução de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação do branco sem aquecimento, em mL.

MSFA – concentração da solução do sulfato ferroso amoniacal, em mol L-1.

Ve – volume da alíquota do extrato, em mL.

m – massa da amostra de solo inicial, em g.

6.6.2 Fração humina

Em que:

Corg – concentração de carbono orgânico na fração humina, em g kg-1.

Vba – volume da solução de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação do branco aquecido, em mL.

Va – volume da solução de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação da amostra, em mL.

Vbs – volume da solução de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação do branco sem aquecimento, em mL.

MSFA – concentração da solução do sulfato ferroso amoniacal, em mol L-1.

m – massa da amostra de precipitado (humina), em g.

6.6.3 Razões com o carbono orgânico e entre frações

A obtenção dessas razões possibilita fazer comparações quantitativas e inferir sobre a qualidade da matéria orgânica do solo. É possível avaliar os padrões entre amostras de solo e também dentro de um solo em profundidade.

Valores participativos: concentração de carbono de cada fração húmica pelo C org obtido no item 1.5.

Razões entre frações: ácidos húmicos / ácidos fúlvicos e extrato alcalino (ácidos húmicos + ácidos fúlvicos) / humina.

6.7 Observações

O uso dos termos “fração ácidos fúlvicos, fração ácidos húmicos e fração humina” se deve à necessidade de mostrar que o carbono determinado em cada fração não é exclusivamente formado por substâncias húmicas (Kononova, 1966). Os compostos orgânicos de baixo peso molecular são coextraídos como ácidos fúlvicos, e os não humificados são coextraídos como ácidos húmicos, além da matéria orgânica leve e carvões (particulada), que estarão como humina (Benites et al., 2003; Malcolm, 1990).

Para os solos de composição mineral, a soma das frações está entre 90% e 105% do teor de carbono orgânico (Benites et al., 2000; Fontana et al., 2010), enquanto, para os solos de composição orgânica, a soma das frações varia de 74% a 94% (Fontana et al., 2010; Valladares et al., 2007). Para solos que apresentam teor de C org inferior a 5 g kg-1, a soma das frações húmicas poderá variar substancialmente além dos valores apresentados anteriormente para os tipos de solo.

Para a fração humina, principalmente, quando da presença de materiais orgânicos muito reduzidos (por exemplo: ácidos graxos de cadeia longa tais como cutina e suberina) ou materiais de difícil oxidação (por exemplo: carvão), variações podem ser observadas na quantidade de dicromato gasto.

A presença de interferentes minerais como o Fe2+ (ambientes hidromórficos) ou cloretos irá consumir dicromato, resultando numa superestimativa do teor de C org. A secagem do material contendo Fe2+ e adição de Ag2SO4 em material contendo cloreto minimizam os efeitos. Entretanto, em solos que apresentam óxido de manganês, estes competem com o dicromato, acarretando subestimativa do teor de C org (Guerra; Santos, 2008).

6.8 Referências

BENITES, V. M.; KER, J. C.; MENDONÇA, E. S. Fracionamento quantitativo de substâncias húmicas como auxiliar na identificação de diferentes solos da região sul do Brasil. In: REUNIÃO DE CLASSIFICAÇÃO, CORRELAÇÃO E APLICAÇÃO DE LEVANTAMENTOS DE SOLOS, 6., 2000, Colombo. Guia de excursão de estudos de solos nos Estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná. Colombo: Embrapa Florestas; Rio de Janeiro: Embrapa Solos; Campinas: IAC, 2000. p. 184-192.

BENITES, V. M.; MADARI, B.; MACHADO, P. L. O. de A. Extração e fracionamento quantitativo de substâncias húmicas do solo: um procedimento simplificado de baixo custo. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2003. 7 p. (Embrapa Solos. Comunicado Técnico, 16).

CUNHA, T. J. F.; CANELLAS, L. P.; SANTOS, G. de A.; RIBEIRO, L. P. Fracionamento da matéria orgânica humificada em solos brasileiros. In: CANELLAS, L. P.; SANTOS, G. de A. (Ed.). Humosfera: tratado preliminar sobre a química das substâncias húmicas. Campos dos Goytacazes: Ed. do Autor, 2005. cap. 3, p. 54-80.

FONTANA, A.; PEREIRA, M. G.; ANJOS, L. H. C. dos; BENITES, V. de M. Quantificação e utilização das frações húmicas como característica diferencial em horizontes diagnósticos de solos brasileiros. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 34, p. 1241-1257, 2010.

GUERRA, J. G. M.; SANTOS, G. de A. Métodos químicos e físicos. In: SANTOS, G. de A.; SILVA, L. S. da; CANELLAS, L. P.; CAMARGO, F. A. O. (Ed.). Fundamentos da matéria orgânica do solo: ecossistemas tropicais & subtropicais. 2. ed. rev. e atual. Porto Alegre: Metrópole, 2008. p. 185-199.

KELLEHER, B. P.; SIMPSON, A. J. Humic substances in soils: are they really chemically distinct? Environmental Science & Technology, v. 40, n. 15, p. 4605-4611, 2006.

KONONOVA, M. M. Soil organic matter: its nature, its role in soil formation and in soil fertility. 2nd ed. Oxford: Pergamon Press, 1966. 544 p.

MALCOLM, R. L. The uniqueness of humic substances in each of soil, stream and marine environments. Analytica Chimica Acta, v. 232, p. 19-30, 1990.

SCHNITZER, M. Humic substances: chemistry and reactions. In: SCHINTZER, M.; KHAN, S. U. (Ed.). Soil organic matter. Amsterdan: Elsevier, 1978. cap. 1, p. 1-64.

SIMPSON, A. J.; SONG, G.; SMITH, E.; LAM, B.; NOVOTNY, E. H.; HAYES, M. H. B. Unraveling the structural components of soil humin by use of solution-state nuclear magnetic resonance spectroscopy. Environmental Science & Technology, v. 41, n. 3, p. 876-883, 2007.

STEVENSON, F. J. Humus chemistry: genesis, composition, reactions. 2nd ed. New York: J. Wiley and Sons, 1994. 512 p.

VALLADARES, G. S.; PEREIRA, M. G.; ANJOS, L. H. C. dos; BENITES, V. de M.; EBELING, A. G. MOUTA, R. de O. Humic substance fractions and attributes of Histosols and related high-organic-matter soils from Brazil. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 38, n. 5/6, p. 763-777, 2007.

YEOMANS, J. C.; BREMMER, J. M. A rapid and precise method for routine determination of organic carbon in soil. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 19, n. 13, p. 1467-1476, 1988.

6.9 Literatura recomendada

LEHMANN, J.; KLEBER, M. The contentious nature of Soil organic matter. Nature, v. 528, p. 60-68, 2016.

MASOOM, H., COURTIER-MURIAS, D., FAROOQ, H., SOONG, R., KELLEHER, B. P. ZHANG, C., MAAS, W. E., FEY, M., KUMAR, R., MONETTE, M., STRONKS, H. J., SIMPSON, M. J.; SIMPSON, A. J. Soil organic matter in its native state: unravelling the most complex biomaterial on Earth. Environmental Science & Technology, v. 50, n. 4, p. 1670-1680, 2016.

SCHMIDT, M. W.; TORN, M. S.; ABIVEN, S.; DITTMAR, T.; GUGGENBERGER, G.; JANSSENS, I. A.; KLEBER, M.; KÖGEL-KNABNER, I. O.; LEHMANN, J.; MANNING, D. A.; NANNIPIERI, P.; RASSE, D. P.; WEINER, S.; TRUMBORE, S. E. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature, v. 478, p. 49-56, 2011.

WHITEHEAD, D. C.; TINSLEY, J. Extraction of soil organic matter with dimethylformamide. Soil Science, v. 97, n. 1, p. 34-42,  1964.

14 Caso não tenha o teor de carbono, utilizar entre 0,5 g e 2 g de solo, sendo que a menor massa será para solo com cor mais escura e/ou expectativa de maiores teores de matéria orgânica.

15 Caso exceder o tempo de 24 horas, eliminar e reiniciar o processo.

16 Medir o volume de H2SO4 gasto em três amostras e fazer a média para posterior diminuição do pH das demais amostras sem uso do eletrodo. Baixar o pH imediatamente após a soma dos extratos.

17 A separação pode ser feita por filtração conforme apresentado no item 6.5.3.

18 Armazenar em até no máximo 5 dias para determinação do teor de carbono orgânico.

19 Amostras concentradas (muito amarelas ou escuras) podem ser diluídas com água destilada (sugestão, 1:5). Considerar o valor da diluição (número de vezes) multiplicando o teor de carbono orgânico.

20 Quando observar a cor verde, adicionar mais 1,00 mL de dicromato (ou quantas vezes for necessário). Quando titular em buretas comuns (50,00 mL), dividir o volume do extrato no Erlenmeyer pelas vezes de dicromato totais e pipetar uma alíquota para a titulação. Em buretas automáticas, a etapa de divisão do volume do extrato no Erlenmeyer não se faz necessária, todavia, o volume de sulfato ferroso amoniacal deverá ser dividido pelo número total de adições de dicromato. Para o cálculo do teor de carbono orgânico, considerar o número de adições totais de dicromato multiplicando na fórmula.

21 Recolher toda solução após a titulação das amostras e do branco em embalagem especial para posterior tratamento como resíduo químico.

22 Quando observar a cor verde, adicionar mais 5,00 mL de dicromato (ou quantas vezes for necessário). Quanto for titular em buretas comuns (50 mL), dividir o volume do extrato no Erlenmeyer pelas vezes de dicromato totais e pipetar uma alíquota para a titulação. Em buretas automáticas, a etapa de divisão do volume do extrato no Erlenmeyer não se faz necessária, todavia, o volume de sulfato ferroso amoniacal deverá ser dividido pelo número de total de adições de dicromato. Considerar o número de adições totais de dicromato multiplicando o teor de carbono orgânico. O aquecimento pode ser feito dispondo os brancos e frações diretamente em Erlenmeyer de 125 mL sobre chapa aquecedora. O tempo será de 5 minutos e até a oxidação do carbono orgânico (cor amarela-castanha).

23 A cor da viragem poderá ser mascarada dificultando a visualização em solo com alto teor de matéria orgânica e/ou escuro. Nesse caso, recomenda-se diluir com água destilada para facilitar a leitura.

— Capítulo 7 —
FRACIONAMENTO FÍSICO DA MATÉRIA ORGÂNICA

David Vilas Boas de Campos

Pedro Luiz Oliveira de Almeida Machado

7.1 Introdução

A matéria orgânica do solo é composta por resíduos vegetais e animais que contêm carbono orgânico, em vários estágios de transformação e grande diversidade estrutural, podendo estar associados à fração mineral do solo (Roscoe; Machado, 2002; Silva; Resck, 1997).

O fracionamento físico é utilizado para identificar a distribuição do carbono orgânico em diversos compartimentos com dinâmicas e funções definidas, e assim avaliar a sua qualidade, sendo mais útil para estudar a ciclagem do carbono no solo.

Esse método de fracionamento físico apresenta resultados satisfatórios para o monitoramento de solos submetidos a diferentes usos e manejos, principalmente com a análise das camadas superficiais do solo, pela maior intensidade da deposição de resíduos orgânicos bem como da variação quanto à transformação desses resíduos.

No fracionamento físico, primeiramente ocorre a separação dos materiais orgânicos do solo de baixa densidade (fração leve) da matéria orgânica associada às partículas areia, silte e argila (fração pesada).

7.2 Princípio

O método utilizado tem como base a separação por densidade (fração leve e fração pesada) e por granulometria (tamanho das partículas na fração pesada), obtendo-se, ao final, cinco frações da matéria orgânica do solo. Esse método segue o proposto por Sohi et al. (2001), que foi adotado e adaptado na Embrapa Solos (Machado, 2002), utilizando a metodologia da alíquota, proposta por Gavinelli et al. (1995).

Primeiramente, procede-se o fracionamento densimétrico com a separação da fração leve por flotação a partir da solução densa de iodeto de sódio (NaI, d=1,80 g cm-3), antes e após a aplicação de ultrassom para dispersão da amostra de solo para a separação da fração leve livre (FLL) e da fração leve intra-agregado ou oclusa (FLI). O fracionamento granulométrico é posteriormente aplicado na fração pesada por peneiramento (areia) e decantação das frações finas (silte e argila). A quantificação dos teores de carbono e nitrogênio em cada fração obtida é feita em analisador elementar.

7.3 Fracionamento Densimétrico

7.3.1 Material e Equipamentos

Centrífuga refrigerada de alta rotação (18.000 g) com rotor para tubos de 50 mL

Aparelho de sucção composto por:

Pipeta com ponta recortada ou ponta de plástico rígido.

Mangueira de borracha de silicone (comprimento: 1 m; diâmetro interno: 6 mm; diâmetro externo: 10 mm).

Bomba de vácuo.

Sistema de filtragem – pode-se adotar o Sistema Asséptico “Sterifil”, cap. 250 mL (Millipore - N° Cat. 1104700) ou utilizando frasco de kitassato.

Filtros Whatman de fibra de vidro tipo GF/A (2 microns - N° Cat. 1820 047).

Aparelho ultrassom com ponta e plataforma (saída de energia = 400 J mL-1).

Estufa com ventilação forçada de ar.

Espátulas e conta gotas.

Balança com precisão de 0,001 g.

Erlenmeyer de 125 mL.

Capela de fluxo contínuo.

Tubos de centrífuga de 50 mL com tampa.

Hidrômetro ou densímetro pequeno (30 cm de comprimento).

Proveta de plástico pequena para aferição da densidade do NaI.

Frasco de vidro ou plástico para armazenagem de solução de NaI.

Recipientes ou béqueres de 500 mL.

Recipientes ou béqueres de vidro de 100 mL.

Frasco de vidro de 100 mL para armazenagem da suspensão solo/água deionizada, visando posterior fracionamento por granulometria.

Máscara facial completa.

7.3.2 Reagentes e soluções

Solução de iodeto de sódio (NaI) com densidade 1,80 g cm-3 – Pesar 1,80 kg de NaI e dissolver em 1 L de água destilada ou deionizada. Medir a densidade com hidrômetro ou densímetro. Ajustar a densidade para 1,80 g cm-3 adicionando água destilada, se estiver com densidade mais elevada, ou com adição de NaI sólido, se a densidade estiver abaixo de 1,80 g cm-3. Obs.: o manuseio da solução de iodeto de sódio deve ser feito com uso de luvas e máscara facial completa em capela de exaustão.

Carvão ativado.

7.3.3 Procedimento

7.3.3.1 Fração leve livre (FLL)

Pesar 5,00 g de solo (TFSA) e transferir para um tubo de centrífuga.

Separar uma alíquota da amostra da TFSA para determinar o teor de umidade atual (posterior apresentação dos resultados em relação ao solo seco). A determinação da umidade segue o descrito no item 2.4 da Parte I – Análises físicas.

Adicionar 35 mL da solução de NaI no tubo de centrífuga contendo a TFSA.

Balancear os tubos e centrífuga adicionando solução de NaI.

Agitar manualmente (aproximadamente 10 rpm) por 30 segundos.

Centrifugar por 30 minutos a 8.000 g(24).

Acoplar na bomba de vácuo a mangueira de borracha de silicone (utilizar como auxílio a ponta da pipeta recortada).

Succionar a solução de NaI e a fração leve livre (FLL) como material orgânico flutuante do tubo de centrífuga girando vagarosamente a garrafa em seu eixo para retirar material orgânico aderido na parede do frasco e na superfície da suspensão(25). Esse mesmo tubo de centrífuga contendo o solo residual com o restante da solução de NaI será utilizado para a aplicação de ultrassom.

Separar a FLL da solução de NaI por filtração a vácuo (Sistema Asséptico Sterifil, 47mm – Millipore) contendo um filtro de fibra de vidro previamente pesado (seco em estufa a 40 °C, anotando o peso com precisão de quatro casas decimais).

Armazenar a solução de NaI coletada no frasco receptor da filtragem em um recipiente para sua posterior purificação.

Lavar com água destilada as amostras de FLL retidas nos filtros para eliminar o excesso de NaI (para a lavagem, deve-se trocar o frasco receptor do sistema asséptico).

Secar o receptor e os componentes do filtro com papel toalha antes de passar para a próxima amostra.

Transferir o filtro contendo a FLL para uma estufa para secagem a 60 °C.

Pesar o filtro seco contendo a FLL com precisão de quatro casas decimais.

Moer finamente o filtro contendo a FLL (granulometria < 0,177 mm ou 80 mesh) e armazenar para determinação do carbono e nitrogênio.

7.3.3.2 Fração leve livre intra-agregado (FLI)

Aplicar ultrassom(24, 25) na intensidade de 400 J mL-1 na suspensão contendo a solução de NaI e solo residual no tubo de centrífuga em que a fração leve livre foi previamente coletada.

Remover as garrafas dos recipientes e secá-los externamente após sonificação.

Balancear os tubos e centrífuga adicionando solução de NaI.

Centrifugar novamente por 30 minutos a 8.000 g(24).

Separar a FLI da solução de NaI por filtração a vácuo (Sistema Asséptico Sterifil, 47 mm – Millipore) contendo um filtro de fibra de vidro previamente pesado (seco em estufa a 40 °C, anotando o peso com precisão de quatro casas decimais).

Separar o resíduo no tubo de centrífuga para o fracionamento granulométrico.

Armazenar a solução de NaI coletada no frasco receptor da filtragem em um recipiente para sua posterior purificação.

7.3.4 Purificação e ajuste da densidade do NaI

Adicionar, em cada litro da solução de NaI, cerca 25 g de carvão ativado e agitar por 30 minutos.

Filtrar em filtro de fluxo rápido e, em seguida, filtrar a vácuo com filtro de fibra de vidro.

Aferir a densidade (para 1,80 g cm-3) adicionando NaI e estocar para novas análises.

7.4 Fracionamento Granulométrico

7.4.1 Material e Equipamentos

Centrífuga com rotor para tubos de até 300 mL.

Agitador horizontal.

Provetas de 1 L (vidro ou plástico).

Béquer de 100 mL e de 250 mL.

Frascos ou béquer de 2.000 mL.

Peneira de 0,053 mm.

Estufa.

Filtro de vidro grande.

7.4.2 Reagentes e Soluções

Hexametafosfato de sódio (produto comercial).

7.4.3 Procedimentos

Pesar todos os béqueres ou recipientes de vidro.

Transferir o resíduo do fracionamento por densidade (item 7.3.3.2) para um recipiente (Erlenmeyer) de vidro ou plástico e completar o volume até 300 mL.

Adicionar 0,5 g de hexametafosfato, agitar manualmente e deixar a suspensão em repouso no refrigerador (aproximadamente 4 °C) por uma noite.

No dia seguinte, iniciar agitação por 6 horas a 25 rpm (para solos com teor de areia > 500 g kg-1 agitar por 2 horas).

Transferir a suspensão para a peneira de 0,053 mm (sobre filtro de vidro grande) e um recipiente coletor de 1 L.

Lavar, utilizando água destilada com pissete, o material sobre a peneira de 0,053 mm até que a água que passa pela peneira se apresentar incolor (não exceder o volume de 800 mL no frasco receptor abaixo da peneira).

Transferir o material retido na peneira (fração areia) para um béquer de vidro de 250 mL.

Levar o material como fração areia para secagem em estufa a 60 ºC e posterior pesagem.

Transferir, na manhã seguinte, a suspensão (fração argila + silte) retida no frasco receptor abaixo da peneira para a proveta de 1 L e completar o volume com água destilada.

Homogeneizar a suspensão por 20 segundos com um bastão, tendo este, na sua extremidade inferior, um êmbolo de borracha contendo furos e de diâmetro um pouco menor do que o da proveta (a homogeneização se dá pelo movimento do bastão no sentido da boca para o fundo e vice-versa).

Medir a temperatura da suspensão.

Coletar 100 mL da suspensão (fração argila + silte) com pipeta a 10 cm abaixo da superfície da suspensão(26) (27).

Transferir a suspensão pipetada para béquer de vidro de 250 mL e levar para secagem em estufa a 60 ºC e posterior pesagem.

Deixar repousar a suspensão por 3 horas e 33 minutos na temperatura de 25 ºC(27).

Coletar com a pipeta todo o volume dos 5 cm abaixo da superfície da suspensão (fração argila) de modo similar ao procedimento para coleta da fração argila + silte.

Medir o volume coletado em proveta e transferir para béquer de vidro de 250 mL.

Levar para secagem em estufa a 60 ºC e posterior pesagem.

7.5 Determinação do carbono e nitrogênio

Moer(28) (granulometria < 177 mm ou 80 mesh) o filtro novo (o mesmo utilizado na separação da FLL e FLI).

Moer(28) (granulometria < 177 mm ou 80 mesh) todas as frações coletadas (FLL; FLI; areia; silte e argila).

Determinar o teor de carbono e nitrogênio por combustão via seca do filtro puro e do filtro moído com frações FLL e FLI.

Determinar o teor de carbono e nitrogênio por combustão via seca da fração areia; fração silte + argila e fração argila, todas moídas finamente.

7.6 Observações

Tabela 1. Tempo necessário sob diferentes temperaturas da suspensão para a sedimentação de partículas de solo.

Temperatura (°C)

Tempo*

Temperatura (°C)

Tempo

10

5h 11’

23

3h 43’

11

5h 03’

24

3h 38’

12

4h 55’

25

3h 33’

13

4h 47’

26

3h 28’

14

4h 39’

27

3h 24’

15

4h 33’

28

3h 19’

16

4h 26’

29

3h 15’

17

4h 20’

30

3h 10’

18

4h 12’

31

3h 07’

19

4h 06’

32

3h 03’

20

4h 00’

33

2h 58’

21

3h 54’

34

2h 55’

22

3h 48’

35

2h 52’

* Calculado pela Lei de Stokes considerando a densidade da partícula de 2,65 Mg m-3.

7.7 Referências

GAVINELLI, E.; FELLER, C.; LARRÉ-LARROUY, M. C.; BACYE, B.; DJEGUI, N.; NZILA, J. D. A routine method to study soil organic matter by particle-size fractionation: examples for tropical soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 26, n. 11/12, p. 749-1760, 1995.

MACHADO, P. L. O. de A. Fracionamento físico do solo por densidade e granulometria para a quantificação de compartimentos da matéria orgânica do solo: um procedimento para a estimativa pormenorizada do sequestro de carbono pelo solo. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2002. 6 p. (Embrapa Solos. Comunicado Técnico, 9).

ROSCOE, R.; MACHADO, P. L. O. de A. Fracionamento físico do solo em estudos da matéria orgânica. Dourados: Embrapa Agropecuária Oeste; Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2002. 86 p.

SILVA, J. E.; RESCK, D. V. S. Matéria orgânica do solo. In: VARGAS, M. A. T.; HUNGRIA, M. Biologia dos solos dos cerrados. Planaltina, DF: EMBRAPA-CPAC, 1997. p. 467-524.

SOHI, S. P.; MAHIEU, N.; ARAH, J. R. M.; POWLSON, D. S.; MADARI, B.; GAUNT, J. L. A procedure for isolating soil organic matter fractions suitable for modeling. Soil Science Society of America Journal, v. 65, n. 4, p. 1121-1128, 2001.

24 Deixar o tubo de centrífuga contendo a suspensão em recipiente (não deve ser de vidro) contendo gelo (minimizar o aumento brusco da temperatura).

25 Erguer a plataforma do ultrassom para que a ponta do ultrassom fique submersa a pelo menos 19 mm da superfície da suspensão.

26 Este procedimento será efetuado se a temperatura da suspensão for de 25 °C.

27 Para temperaturas da suspensão diferentes de 25 ºC, utilizar a Tabela 1 para verificar o tempo necessário para se iniciar a pipetagem.

28 O solo poderá ser moído em gral e pistilo, contudo recomenda-se usar moinho de bolas ou de qualquer outro equipamento que leve a qualidade de tamanho de partículas como o talco.

— Capítulo 8 —
SOLOS COM ALTOS TEORES DE MATÉRIA ORGÂNICA

Ademir Fontana

Paula Fernanda Soares

Lúcia Helena Cunha dos Anjos

Gustavo Souza Valladares

8.1 Introdução

A caracterização diferenciada de solos com altos teores de matéria orgânica destaca atributos que podem indicar diferenças em relação aos solos denominados minerais. Como principais aplicações, as análises desse grupo contribuem para a caracterização dos horizontes diagnósticos superficiais hísticos (O e H) e são importantes para a definição da ordem dos Organossolos do Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (SiBCS) (Santos et al., 2013) e analisar camadas com material orgânico de composição e estágio de decomposição variado como liteira e/ou serapilheira.

Dentre as metodologias utilizadas nas avaliações dos solos com altos teores de matéria orgânica, destacam-se aquelas que avaliam a interação entre o elevado teor de matéria orgânica e outros atributos do solo como, por exemplo, a quantificação de matéria orgânica por gravimetria (método de combustão em mufla), além da determinação do teor de carbono orgânico por métodos como Walkley e Black modificado ou analisador elementar.

Devido à grande heterogeneidade desses solos e dos materiais orgânicos, recomenda-se maior número de repetições de campo e de laboratório nas análises, ou, ao menos, cuidadosa interpretação dos resultados. Outras informações sobre procedimentos e análises podem ser encontradas em detalhe nos trabalhos de Conceição (1999), Valladares (2003), Pereira et al. (2006), Cipriano-Silva (2012) e Soares (2015).

Entre os procedimentos para caracterização dos Organossolos, destaca-se a adaptação de metodologias inicialmente desenvolvidas por Lyn et al. (1974), descrita no Anexo B (Métodos de análises de solos adotados pela Embrapa Solos) do SiBCS (Santos et al., 2013).

8.2 Material e Equipamentos

Carta de cores de Munsell.

Papel cromatográfico.

Béquer de 100 mL, 50 mL e 25 mL.

Placa de Petri.

Bastão de vidro.

Seringa descartável.

Peneira de 100 mesh.

Papel absorvente.

Mufla com temperatura mínima de 600 °C.

Balança com precisão de 0,001 g.

8.3 Reagentes e Soluções

Pirofosfato de sódio p.a.

8.4 Escala de decomposição de von Post

Os resíduos vegetais depositados e/ou adicionados ao solo passam por processos de alteração que incluem a decomposição e a humificação em diferentes graus. Para sua determinação são utilizadas informações qualitativas sobre o comportamento do material durante o seu manuseio. Dentre essas características, observa-se a cor do líquido extraído, a quantidade de material que sai entre os dedos quando a mão é fechada, a natureza das fibras vegetais e a proporção do resíduo da amostra original pelos graus de decomposição do material orgânico segundo von Post. Como forma complementar, pode-se inferir juntamente com a avaliação do índice de pirofosfato e da concentração de fibras.

A escala de von Post (Stanek; Silc, 1977) é utilizada para identificar o estádio de decomposição que os resíduos vegetais se encontram no solo. Essa escala é composta por 10 estágios de decomposição da matéria orgânica, que são agrupados nas classes: fíbrico, hêmico e sáprico do SiBCS.

8.4.1 Procedimento

Separar amostras de solo em campo ou em laboratório, tendo em mente que, para o último caso, deve-se manter a umidade. Quando a amostra estiver seca, umedecer para atingir o estado que permita o amassamento.

Separar uma amostra de solo na palma da mão, adicionar água lentamente e amassar a amostra até homogeneizá-la.

Avaliar as amostras segundo os seguintes graus:

Não decomposta – estrutura vegetal original quase inalterada; a amostra espremida na mão libera somente água clara.

Ligeiramente decomposta – estrutura vegetal original facilmente identificável; a amostra espremida na mão libera água de cor clara (bruno-amarelada).

Muito fracamente decomposta – estrutura vegetal original identificável; a amostra espremida na mão libera água de cor turva e nenhum material de solo orgânico passa entre os dedos, o resíduo que fica na palma da mão não é lamacento.

Fracamente decomposta – estrutura vegetal original dificilmente identificável; a amostra espremida na mão libera água turva e nenhum material de solo orgânico passa entre os dedos, o resíduo restante é muito pouco lamacento.

Moderadamente decomposta – estrutura vegetal original pouco visível, reconhecível, mas não identificável; a amostra espremida libera água turva de cor brunada, e algum material de solo orgânico passa entre os dedos, o resíduo restante é pouco lamacento.

Bem decomposta – estrutura vegetal original é não reconhecível, porém fica mais evidente no resíduo deixado na mão do que no material de solo orgânico não espremido; cerca de 1/3 do material de solo orgânico passa entre os dedos, e o resíduo restante é muito lamacento.

Fortemente decomposta – estrutura vegetal original quase indistinta; cerca da metade do material de solo orgânico passa entre os dedos.

Muito fortemente decomposta (ou extremamente decomposta) – estrutura vegetal original indistinta; cerca de 2/3 do material de solo orgânico passa entre os dedos, e o resíduo, quase completamente resistente à decomposição, consiste de filamentos de raízes e material lenhoso.

Quase completamente decomposta – estrutura vegetal original quase irreconhecível; quase todo o material de solo orgânico passa entre os dedos, como uma massa lamacenta homogeneizada (esponjosa).

Completamente decomposta – estrutura vegetal original irreconhecível; todo o material de solo orgânico passa entre os dedos.

8.4.2 Determinação das classes de decomposição do material orgânico

Material orgânico FÍBRICO (grau de 1 a 4).

Material orgânico HÊMICO (grau 5 e 6).

Material orgânico SÁPRICO (grau de 7 a 10).

8.5 Índice de Pirofosfato

A matéria orgânica confere ao solo uma coloração particular e normalmente varia de preta, podendo ser também cinzenta muito escura até brunada. O índice de pirofosfato de sódio é relacionado ao grau de humificação da matéria orgânica do solo e contribui para a identificação do material de solo como fíbrico, hêmico ou sáprico. Para materiais orgânicos de maior grau de humificação (sáprico), o menor índice de pirofosfato é observado, sendo de maneira geral menor ou igual a 3, enquanto, para fíbrico, maior ou igual a 5,0.

Para isso, avalia-se a coloração de líquido extraído da amostra de solo, comparando com os números de valor e croma na carta de cores de Munsell. O valor na carta de cores faz referência à participação do branco/preto.

8.5.1 Procedimento

Separar uma amostra de solo conforme coletado em campo e avolumar para 2,5 cm3 em seringa plástica cortada na parte superior (Figura 1).

Dispor em copo plástico ou béquer de cerca de 50 mL e adicionar 1 g de pirofosfato de sódio e 4 mL de água destilada.

Homogeneizar com auxílio de um bastão de vidro e deixar em repouso por uma noite.

Resolubilizar com bastão e inserir papel cromatográfico, deixando por 30 segundos para absorção da solução.

Retirar o excesso de solução do papel cromatográfico e deixar em repouso por 10 minutos.

Fazer a leitura do papel cromatográfico embebido da solução na carta de cores de Munsell, página de matiz 10YR, e obter o valor e croma.

Calcular o índice de pirofosfato (IP) = valor – croma.

Figura 1. Seringa com a parte de cima removida para medir volume do material orgânico.

Foto: Paula Fernanda Soares

8.6 Determinação das Fibras

Na análise são avaliados os conteúdos de fibras não esfregadas (volume total de fibras contido na amostra de solo) e de fibras esfregadas (volume de fibras que permanecem após ação mecânica sobre a amostra). A diferença entre os dois valores é utilizada como indicador do volume de fibras que estão em estádio avançado de decomposição e, dessa forma, são facilmente alteradas. Para fins de composição, as fibras compreendem os restos de raízes e fragmentos vegetais diversos.

Por meio desta análise, é avaliado o grau de humificação do material orgânico, que, além da finalidade taxonômica, serve como indicativo de vulnerabilidade diante do processo de subsidência, que conduz à degradação desses solos.

Recomenda-se neste método, como no anterior, repetições de laboratório, pois os procedimentos envolvem aspectos de preparo da amostra que podem variar entre os avaliadores.

8.6.1 Procedimento

Separar uma amostra de solo conforme coletado em campo na quantidade de 100 cm-3 e transferir para um recipiente (placa de Petri ou béquer).

Avaliar a umidade da amostra e adicionar água até que se perceba que toda a amostra esteja molhada, deixando-a em repouso por 24 a 48 horas.

Retirar o máximo da amostra do recipiente e colocar sobre papel absorvente (papel toalha) para remover excesso de umidade.

Enrolar o papel e a amostra, e pressionar lentamente para assegurar o contato firme entre o papel e a amostra.

Desenrolar o papel e cortar o material em seções de aproximadamente 1,0 cm.

Colocar os pedaços da amostra preparada em uma seringa cortada e ajustada para um volume de 2,5 cm3. No “empacotamento”, a amostra é comprimida o suficiente para forçar a saída do ar aprisionado, porém evitando a saída da água.

8.6.2 Determinação das fibras não esfregadas

Transferir o material empacotado com volume de 2,5 cm3 para uma peneira de 100 mesh e lavar sob jatos de água, para remoção de material mineral, até que o efluente apareça claro. A amostra deve ser manuseada com cuidado evitando a fragmentação das fibras.

Remover o excesso de umidade na amostra, pressionando-a levemente contra a peneira, e enxugá-la com papel absorvente.

Reempacotar o resíduo obtido ainda úmido na meia seringa.

Ler o volume do resíduo na escala da seringa e calcular o valor referente à percentagem por volume de fibra não esfregada (FNE).

8.6.3 Determinação das fibras esfregadas

Colocar o resíduo obtido na análise de FNE na peneira de 100 mesh.

Esfregar o polegar e o indicador sob jatos de água da torneira até que o efluente fique claro.

Reempacotar o resíduo na meia seringa (Figura 2), da mesma forma que para a análise da FNE, também observando a manutenção da umidade original.

Ler o volume do resíduo na escala da meia seringa e registrar como porcentagem por volume de fibra esfregada.

Figura 2. Algumas etapas da determinação do conteúdo de fibras: medição do volume inicial (a), tamizamento para retirada do solo (b), diferença de volume entre amostras (c).

Fotos: Paula Fernanda Soares

8.7 Material mineral e densidade da matéria orgânica

Ambos os atributos são utilizados como indicadores de grau de transformação da matéria orgânica e da ação dos processos de mineralização e subsidência dos solos orgânicos. Contudo, para essa avaliação, devem-se fazer observações quanto ao tipo ou a natureza do material orgânico, sendo possível que uma vegetação mais lenhosa, como árvores, possa ter uma densidade maior em relação a uma menos lenhosa, nesse caso herbáceas ou graminoides.

8.7.1 Material mineral

8.7.1.1 Procedimentos

Colocar a amostra do solo conforme coletado em campo em um recipiente apropriado para altas temperaturas (p. ex.: cadinhos de porcelana), de massa conhecida, e levar a estufa ajustada para 105 ºC, deixando por 24 horas.

Retirar da estufa, deixar em dessecador para esfriar e pesar o material para obter a massa do solo seco.

Colocar a amostra seca em forno mufla e ajustar para a temperatura de 600 ºC para combustão, e deixar por 6h (pode ser feito em forno mufla a 400 ºC por 24 horas).

Retirar o recipiente da mufla e deixar esfriar em dessecador. Depois de frio, pesar o material para obter a massa do resíduo.

8.7.1.2 Cálculo

Em que:

MM – material mineral, em %.

Mr – massa do resíduo, em g.

Ms – massa do solo seco, em g.

8.7.2 Densidade da matéria orgânica

Para essa estimativa, parte-se do pressuposto de que o material mineral e o material orgânico possuem densidades diferentes. Assim, a densidade do material mineral é descontada do valor da densidade do solo.

Em que:

DMO – densidade da matéria orgânica, em kg dm-3.

Ds – densidade do solo, em kg dm-3 (item 7.3 da Parte I – Análises físicas).

MM – material mineral, em % (item 8.7.1.2).

8.8 Resíduo mínimo

O resíduo mínimo representa uma estimativa da proporção entre a espessura residual e a original do solo (Lynn et al., 1974). É admitido que, com a perda (mineralização) integral do material orgânico, o resíduo mínimo representa a constituição mineral do material original.

Em que:

RM – resíduo mínimo, em cm cm-1.

Dsi – densidade do solo inicial ou no estado original, em kg dm-3.

Dsr – densidade do solo residual (varia em geral de 1,2 a 1,7 kg dm-3). Obs.: Lynn et al. (1974) propõem o número 1,5 como um valor médio para a densidade do solo residual, após subsidência.

8.9 Matéria orgânica do solo

Proceder conforme descrito no item 5.4.

8.9.1 Observação

Para Organossolos brasileiros, Valladares (2003) sugere um fator de 1,86 para conversão do teor de carbono orgânico, pelo método de oxidação por dicromato em meio ácido (Walkley e Black modificado), para teor de matéria orgânica do solo, pelo método da mufla.

8.10 Referências

CIPRIANO-SILVA, R. Gênese e classificação de solos em ambientes de planícies da região Nordeste do Brasil. 2012. 162 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza.

CONCEIÇÃO, M. da; MANZATTO, C. V.; ARAÚJO, W. S. de; MARTIN NETO, L.; SAAB, S. da C.; CUNHA, T. J. F.; FREIXO, A. A. Estudo comparativo de métodos de determinação do teor de matéria orgânica em solos orgânicos do Estado do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 1999. 5 p. (Embrapa Solos. Pesquisa em andamento, 3).

LYNN, W. C.; MCKINZIE, W. E.; GROSSMAN, R. B. Field laboratory tests for characterization of Histosols. In: STELLY, M. (Ed.). Histosols: their characteristics, classification, and use. Madison: Soil Science Society of America, 1974. p. 11-20. (SSSA Special publication series, 6).

PEREIRA, M. G.; VALLADARES, G. S.; ANJOS, L. H. C. dos; BENITES, V. de M.; ESPÍNDULA JUNIOR, A.; EBELING, A. G. Organic carbon determination in histosols and soil horizons with high organic matter content from Brazil. Scientia Agricola, v. 63, n. 2, p. 187-193, mar./abr. 2006.

SANTOS, H. G. dos; JACOMINE, P. K. T.; ANJOS, L. H. C. dos; OLIVEIRA, V. A. de; LUMBRERAS, J. F.; COELHO, M. R.; ALMEIDA, J. A. de; CUNHA, T. J. F.; OLIVEIRA, J. B. de. Sistema brasileiro de classificação de solos. 3. ed. rev. e ampl. Brasília, DF: Embrapa, 2013. 353 p.

SOARES, P. F. C. Organossolos: gênese, caracterização pedológica e estrutural com utilização de técnicas isotópicas e de tomografia computada. 2015. 160 f. Tese (Doutorado em Agronomia - Ciência do Solo) - Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica.

STANEK, W.; SILC, T. Comparisons of four methods for determination of degree of peat humification (decomposition) with emphasis on the von Post method. Canadian Journal of Soil Science, v. 57, p. 109-117, 1977.

VALLADARES, G. S. Caracterização de Organossolos, auxílio à sua classificação. 2003. 129 f. Tese (Doutorado em Agronomia - Ciência do Solo). Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica.

8.11 Literatura recomendada

CLAESSEN, M. E. C. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. e atual. Rio de Janeiro: EMBRAPA-CNPS, 1997. 212 p. (EMBRAPA-CNPS. Documentos, 1).

Parte IV
Análises Mineralógicas

— Capítulo 1 —
SEPARAÇÃO DAS FRAÇÕES GRANULOMÉTRICAS DO SOLO PARA ANÁLISES MINERALÓGICAS

Guilherme Kangussu Donagemma

Sebastião Barreiros Calderano

João Herbert Moreira Viana

1.1 Introdução

O conhecimento da mineralogia do solo é de grande importância nos estudos de gênese e na classificação, no entendimento do comportamento e manejo dos solos. A correta separação das frações granulométricas é uma etapa fundamental para uma melhor avaliação dos constituintes mineralógicos das frações argila, silte e areias, seja por meio de difração de Raios-X ou por análise sob lupa binocular.

1.2 Princípio

Dispersão física lenta e dispersão química para manter as frações argila e silte em suspensão. As frações grossas (> 0,053 mm) são separadas por peneiramento e as frações silte e argila são separadas por sedimentação, considerando a velocidade diferencial de sedimentação dessas partículas, que ocorre em um meio viscoso sob ação da gravidade e a uma dada densidade.

1.3 Material e Equipamentos

Agitador horizontal.

Estufa.

Proveta de 1 L.

Peneira de 0,053 mm.

Peneira de 0,2 mm.

Agitador manual constituído por haste metálica, tendo na sua extremidade inferior um disco de acrílico de 5 cm de diâmetro, contendo vários orifícios.

Funil.

Mangueira plástica com diâmetro interno de 5 mm.

Cápsula de porcelana ou recipiente de vidro com capacidade mínima para 500 mL.

1.4 Reagentes e Soluções

Solução de NaOH 1 mol L-1 – pesar 40 g de NaOH sólido e transferir para balão volumétrico de 1 L. Dissolver e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

Solução de hexametafosfato de sódio (Calgon) – pesar 35,7 g de hexametafosfato de sódio, transferir para balão volumétrico de 1 L e dissolver em água destilada ou deionizada. Adicionar 7,94 g do carbonato de sódio anidro e completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

1.5 Procedimento

Pesar 50 g de TFSA e realizar procedimento para dispersão da amostra, conforme descrito no item 10.5 da Parte I – Análises Físicas.

Passar para uma proveta de 1 L todo o conteúdo através de peneira de malha de 0,053 mm e auxílio de funil. Lavar o material retido na peneira com água deionizada e completar o volume da proveta.

Após lavar a fração areia, proceder à sua secagem para separação em fração areia fina e areia grossa, passando por peneira de 0,2 mm. Essas frações serão enviadas para análise mineralógica.

Agitar a suspensão na proveta durante 20 segundos, movimentando verticalmente o agitador manual e deixar em repouso.

Após 24 horas, sifonar a argila para cápsula de porcelana ou recipiente de vidro, a uma profundidade fixa de 20 cm a partir do traço de referência.

Completar a suspensão da proveta para 1 L, agitar e, após 24 horas, proceder a nova coleta do sobrenadante por sifonamento, se necessário (caso o sobrenadante não esteja límpido).

Colocar a cápsula de porcelana em estufa calibrada a 45 ºC até completa secagem. Retirar da estufa, deixar esfriar e remover a argila aderida ao recipiente com o auxílio de uma espátula.

Completar o volume restante da proveta para 1 L com água deionizada, agitar e, após 45 minutos, descartar a suspensão por sifonamento. Repetir o processo de lavagem e purificação da fração silte até que a suspensão esteja límpida, indicando que toda a argila foi descartada.

Transferir a fração silte para cápsula de porcelana ou recipiente de vidro, através de jatos de água deionizada. Descartar o excesso de água e colocar para secar em estufa a 45 ºC.

1.6 Observações

Para solos salinos e solos com carbonatos (calcários), usar o hexametafosfato de sódio como dispersante, conforme estabelecido no item 10.5 da Parte I – Análises Físicas.

1.7 Literatura recomendada

ANTUNES, F. dos S.; BARRETO, W. O. Contribuição ao estudo químico e mineralógico das frações silte e argila de Latossolos desenvolvidos de rochas básicas do sul de Mato Grosso. Rio de Janeiro: IME, 1982. 13 p.

ANTUNES, F. dos S.; WERNICKE, J.; VETTORI, L. Contribuição ao estudo da relação molecular sílica alumina (ki) dos solos. Rio de Janeiro: IME, 1975. 15 p. (IME. Publicação técnica, 42).

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

— Capítulo 2 —
ANÁLISE MINERALÓGICA DE GRÃOS

Sebastião Barreiros Calderano

2.1 Introdução

As frações arenosas são compostas, em geral, por grânulos minerais (isolados ou agregados), nódulos e concreções, litofragmentos, fragmentos de conchas e outros materiais bioclásticos, carvão e restos orgânicos (vegetais e animais). As frações mais grossas, com diâmetro superior a 2 mm, são constituídas preferencialmente por grãos de minerais (isolados ou agregados), fragmentos de rocha (litofragmentos), nódulos e concreções (isolados ou constituindo agregados).

Os resultados da análise mineralógica se aplicam tanto a estudos de gênese e classificação de solos, quanto a informações relativas à reserva mineral dos solos, bem como para inferências sobre o material de origem, condições de transporte e remobilização, e também para avaliação do grau de intemperismo e evolução pedogenética.

Essa análise é usada também de forma específica para fins taxonômicos no Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (SiBCS), como parâmetro distintivo de horizontes diagnósticos e classes de solos em diferentes níveis categóricos.

2.2 Princípio

Identificação e caracterização dos constituintes minerais, litofragmentos, nódulos e concreções por meio da avaliação das diferenças mineralógicas refletidas na estrutura cristalina, forma, coloração e aspecto sob efeito de luz refletida e transmitida, com o uso da microscopia ótica. Ainda, consiste na estimativa do percentual de ocorrência dos constituintes de cada fração.

Em complementação ao reconhecimento visual, feito com lupa binocular (estereomicroscópio) e microscópio petrográfico, são utilizados ainda microtestes específicos, com base em diferenças de composição química, para identificação de óxidos de manganês e carbonatos, presentes como agregados, incrustrações ou recobrimentos, e outros minerais. Do mesmo modo, testes físicos são aplicados para investigar a presença ou não de minerais magnéticos. Ocasionalmente, pode ser usada difração de raios-X para confirmar a identificação de minerais alterados ou de características duvidosas.

2.3 Material e Equipamentos

Ímã.

Placa de Petri.

Placa de toque de porcelana (para os testes químicos).

Balão volumétrico de 100 mL.

Estiletes.

Pinças.

Lâminas de vidro, para microscopia.

Lamínulas.

Óleo mineral.

Estereomicroscópio (Lupa binocular).

Microscópio petrográfico.

2.4 Reagentes e Soluções

Água oxigenada comercial de 10 ou 20 volumes (aproximadamente 3% ou 6% de H2O2).

Solução de HCl 1:9 (v/v) – adicionar 10 mL de HCl concentrado (d=1,19 g cm-3 e 37%) em balão volumétrico de 100 mL previamente preenchido até a metade com água destilada ou deionizada. Completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

2.5 Procedimento

2.5.1 Obtenção das frações

Obter as frações calhaus (> 20 mm) e cascalho (20 mm – 2 mm), que compõem os constituintes mais grossos do solo, por separação granulométrica na fase de preparação da amostra, conforme item 1.5 da Parte I – Análises Físicas.

Separar as frações areia grossa (2 mm - 0,2 mm) e areia fina (0,2 mm - 0,05 mm) por análise granulométrica, conforme descrito no Capítulo 1 (“Separação das frações granulométricas do solo para análises mineralógicas”).

2.5.2 Exame sob lupa binocular

Homogeneizar as amostras de cada fração, agitando os sacos plásticos em que estiverem acondicionadas.

Colocar uma pequena porção da fração a ser analisada em placa de Petri, espalhando de maneira uniforme. Evitar quantidade excessiva de material, pois dificulta a visão individualizada dos constituintes.

Separar as concreções e minerais magnéticos, quando presentes na amostra, afastando-os para um dos quadrantes da placa de Petri com auxílio de um ímã, e manter esses materiais concentrados com o objetivo de facilitar o reconhecimento e a estimativa do percentual de ocorrência.

Realizar observação criteriosa dos constituintes da amostra sob lupa binocular, variando o suporte sob a placa de Petri para melhor visualização das características dos minerais sob diferentes condições de luz refletida:

suporte branco, para destacar e facilitar a visualização dos minerais escuros, opacos ou não.

suporte escuro, para destacar e facilitar a visualização dos minerais de cor clara.

suporte espelhado, para facilitar a visualização dos minerais coloridos e transparentes.

Obs.: o suporte espelhado realça a característica de transparência dos minerais, mesmo que pareçam opacos sob luz incidente; realça também os minerais que ocorrem como inclusão nos grãos de quartzo, e é muito eficiente na observação da fração areia fina, onde os grânulos dos minerais se encontram mais individualizados. Em lupas com iluminação na base não é necessário o artifício de se usar o suporte de fundo espelhado.

Realizar microtestes químicos em placa de toque para detecção de óxidos de manganês e carbonatos, quando presentes na constituição ou recobrindo os minerais e outros componentes, como nódulos/concreções e litofragmentos:

adicionar algumas gotas de HCl diluído (1:9 v/v ou um pouco mais concentrado), a frio, sobre o material selecionado, que apresentará reação de efervescência na presença de carbonatos.

adicionar algumas gotas de água oxigenada comercial (10 ou 20 volumes), a frio, que apresentará reação de efervescência na presença de óxidos de manganês (quando a reação for discreta, observar a efervescência sob a lupa binocular).

outros testes químicos, específicos para diversos outros minerais, podem ser consultados em Leinz e Campos (1979) e Parfernoff et al. (1970).

No decorrer da análise, quando necessário para confirmar a identificação, selecionar grãos de minerais transparentes, com auxílio de pinça e estilete, para exame em microscópio petrográfico (conforme descrito no item 2.5.3).

Para nódulos, concreções e litofragmentos, descrever cor, brilho, dureza, forma e natureza, além dos possíveis minerais constituintes, principalmente no caso dos fragmentos de rocha.

Para as espécies minerais, descrever as propriedades físicas: cor, brilho, clivagem, hábito, fratura; e registrar também as inclusões e incrustações que geralmente ocorrem.

Descrever também forma, grau de arredondamento e esfericidade dos grãos, conforme proposto por Powers (1953). Análises específicas para avaliação do grau de arredondamento e forma dos grãos, envolvendo aspectos de morfometria, são abordadas de forma mais detalhada no item 19.4 da Parte I – Análises Físicas.

Proceder à determinação semiquantitativa do percentual de cada constituinte da amostra, sejam minerais, nódulos e concreções, e outros componentes, como fragmentos bioclásticos, carvão etc., com base no método de estimativa visual proposto por Terry e Chilingar (1955) (Figura 1).

2.5.3 Exame em microscópio petrográfico

Este procedimento se refere a uma avaliação complementar, exclusiva para minerais transparentes (não opacos), quando não for possível sua identificação inequívoca pelo exame visual com lupa binocular, conforme descrito acima.

Dispor os grãos dos minerais selecionados sobre uma lâmina de vidro.

Triturar os grãos de maiores dimensões para facilitar a montagem da lâmina e observação das características dos minerais.

Adicionar gota(s) de água ou óleo mineral sobre os grãos, em quantidade suficiente para cobri-los.

Cobrir a amostra com uma lamínula.

Observar a lâmina em microscópio petrográfico sob diferentes condições de luz transmitida.

Obs.: uma lâmina adicional pode também ser confeccionada com a fração areia fina, com o objetivo de complementar informações e esclarecimento de dúvidas.

2.6 Observações

Os procedimentos metodológicos descritos neste capítulo correspondem a uma simplificação da metodologia padrão adotada em estudos sedimentológicos específicos (Parfenoff et al., 1970; Pettijhon et al., 1973) e têm como objetivos a avaliação e a caraterização dos minerais constituintes das frações grossas do solo, de forma mais célere e econômica. Assim, alguns procedimentos constantes na primeira edição deste Manual (Oliveira, 1979) não são prescritos, podendo, no entanto, serem realizados em caso de estudos mais pormenorizados, ou conforme a constituição mineralógica do solo.

As principais diferenças do método descrito em relação à metodologia padrão de análise mineralógica de grãos referem-se a não realização de alguns procedimentos, entre eles: quarteamento (que requer maior quantidade de material, de difícil separação para muitos tipos de solos); separação densimétrica com uso de bromofórmio (d = 2,89 g cm-3) ou outros líquidos densos (envolve consumo de produtos tóxicos, além da pequena ocorrência de minerais pesados em solos); separação eletromagnética com separador Frantz (necessidade de equipamento próprio, que para fins de caracterização de solos pode ser suprido pelo uso do ímã de mão); montagem de lâminas com resinas específicas ou líquidos de índices de refração conhecidos (processo muito trabalhoso e aplicado para auxiliar o reconhecimento de minerais em geral pouco comuns em solos); remoção de matéria orgânica, carbonatos, sais solúveis e óxidos de ferro (modifica a composição das frações e pode haver alteração de alguns minerais).

Conforme relatado em Claessen (1997), existem algumas restrições em não se empregar a metodologia padrão adotada no exame ótico dos minerais transparentes. No entanto, para estudos específicos ou em função de características especiais do solo, os referidos procedimentos podem ser realizados, tendo como referência as descrições constantes em Oliveira (1979).

Havendo também a necessidade de se aprofundar o conhecimento dos constituintes de uma determinada amostra de solo, podem-se utilizar ainda outras técnicas adotadas em estudos sedimentológicos, como o fracionamento da areia em outros intervalos granulométricos, diferentes dos empregados na rotina da Embrapa Solos (areia muito grossa, grossa, média, fina e muito fina, por exemplo). Nesse caso, recomenda-se utilizar as frações predominantes e proceder também à separação densimétrica dos minerais leves e pesados, para montagem em lâmina petrográfica. Proceder também à separação magnética utilizando o separador Frantz, equipamento dotado de um eletroímã capaz de separar os constituintes paramagnéticos e diamagnéticos em várias faixas de suscetibilidade magnética.

2.7 Referências

CLAESSEN, M. E. C. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. e atual. Rio de Janeiro: EMBRAPA-CNPS, 1997. 212 p. (EMBRAPA-CNPS. Documentos, 1).

ENGELHARDT, W.; FUCHTBAUER, H.; MULLER, G. Sedimentary petrology. In: MULLER, G. (Ed.). Methods in sedimentary petrology. Stuttgart: E. Shuweizerbart´sche, 1967. pt 1.

LEINZ, V.; CAMPOS, J. E. S. Guia para determinação de minerais. 8. ed. São Paulo: Nacional, 1979. 149 p.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro, EMBRAPA-SNLCS, 1979.

PARFENOFF, A.; POMEROL, C.; TOURENQ, J. Les minéraux en grains: methodes d’étude et determination. 6 ed. Paris: Masson, 1970. 570 p.

PETTIJHON, F. J.; POTTER, P. E.; SIERVER, R. Sand and sandstone. Berlin: Springer-Verlag, 1973. 618 p.

POWERS, M. C. Comparison chart for visual estimation of roundness. Journal of Sedimentary Petrology, v. 23, p.117-119, 1953.

TERRY, R. D.; CHILLINGAR, G. V. Comparison chart for visual estimation of percentage composition. Journal of Sedimentary Petrology, v. 25, p. 229-234, 1955.

2.8 Literatura recomendada

DELGADO, M.; DORRONSORO, C.; GUARDIOLA, Y. L. Técnica de obtención y preparación de las arenas gruesas de suelos para su estudio óptico. Anales de Edafologia y Agrobiologia, v. 31, n. 1/2, p. 143-150, 1972.

DORRONSORO, C. Empleo del microscópio petrográfico para la observación y micro fotografia de objetos tridimensionales. Anales de Edafologia y Agrobiologia, v. 30, n. 9/10, p. 1005-1012, 1971.

PISSARA, J. B.; CARDOSO, J. C.; GARCIA, J. S. Mineralogia dos solos de São Tomé e Príncipe. Lisboa: Junta de Investigações do Ultramar, 1965. 144 p. (Estudos, ensaios e documentos, 118).

PORTAS, C. A. M.; FURTADO, A. F. A. S. Reserva mineral e minerais da areia de alguns solos da Cela (Angola). Lisboa: Junta de Investigações do Ultramar, 1964. 123 p. (Estudos, ensaios e documentos, 115).

STOOPS, G. Visual aid for the estimation of grain sizes in thin sections. Anales de Edafologia y Agrobiologia, v. 40, n. 11/12, p. 2289-2291, 1981.

2.9 Anexo

Figura 1. Carta de comparação visual para estimativa dos percentuais dos materiais constituintes da amostra em análise.

Fonte: Terry e Chilingar (1955), citados por Engelhardt et al. (1967).

— Capítulo 3 —
ANÁLISE MINERALÓGICA DAS FRAÇÕES ARGILA E SILTE POR DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X

Sebastião Barreiros Calderano

Mariza Nascimento Duarte (in memoriam)

Gilson Gregoris

3.1 Introdução

Utilizada desde a década de 1930 para identificação e determinação da estrutura de substâncias cristalinas, quer sejam orgânicas ou inorgânicas, naturais ou sintéticas, a difratometria de raios-X (DRX) é essencial para a caracterização mineralógica dos argilominerais e de outros constituintes cristalinos presentes nas frações granulométricas mais finas dos solos, como silte e argila.

É considerada como a principal técnica para a identificação de minerais nessas dimensões e se tornou indispensável para estudos em mineralogia de solos. Além da identificação dos constituintes cristalinos das frações argila e silte, que é o objetivo principal da metodologia aqui apresentada, a DRX pode ser usada também para avaliação do grau de cristalinidade e tamanho do cristal, assim como para estimativas do grau de substituição isomórfica, e mesmo para fins de quantificação dos minerais presentes na amostra.

O termo argilomineral é atribuído especificamente aos aluminossilicatos hidratados planares do grupo dos filossilicatos. Engloba os seguintes grupos de minerais: caulinita, micas, vermiculitas, esmectitas e cloritas, além de minerais interestratificados constituídos por tipos pertencentes a grupos diferentes, por exemplo: mica-vermiculita, mica-esmectita, clorita-esmectita etc. De ocorrência menos comum em solos, podem ser citados também os grupos do talco-pirofilita e da sepiolita-palygorskita. Além dos argilominerais, as frações finas do solo são constituídas também por óxidos e hidróxidos de ferro, alumínio e titânio, muito comuns na fração argila e com grande importância no comportamento dos solos, além de ocorrência menor de quartzo e feldspato, entre outros.

3.2 Princípio

A análise mineralógica por DRX tem como base a natureza regular das redes cristalinas dos minerais, conjugada com a propriedade dos raios-X de se difratarem em fase, sem alteração do comprimento de onda, após incidirem sobre os planos cristalinos conforme um ângulo específico.

A partir da variação angular da incidência de um feixe de raios-X proveniente de uma fonte de radiação, as reflexões produzidas pelo arranjo dos átomos nos planos cristalinos dos minerais são captadas em um detector e representadas em um gráfico – o difratograma de raios-X – que relaciona a intensidade da difração dos raios emitidos com o ângulo de incidência da radiação; e apresenta um padrão específico para cada espécie mineral, como um registro de sua identidade. É possível, portanto, identificar os constituintes cristalinos presentes em uma determinada mistura de materiais, pela comparação dos reflexos (ou picos) expressos no difratograma de raios-X a ela correspondente com os padrões de difração dos diferentes minerais.

As análises são executadas nas frações argila (< 0,002 mm) e silte (0,002 mm - 0,050 mm). Materiais de granulometria mais grossa, devido à possibilidade de individualização dos grãos e observação visual com o auxílio de lentes de aumento, são em geral analisados por meios óticos e petrográficos, conforme descrito no capítulo anterior, mas podem também ser analisados por DRX, após serem moídos e passados por peneira de 0,053 mm.

A amostra, em estado pastoso ou em suspensão, é colocada em uma lâmina de vidro de superfície plana, sob a forma de uma fina película e submetida à irradiação por raios-X em uma faixa ampla de ângulos de incidência (intervalo de 2 ° a 45 °, por exemplo). A intensidade de difração dos raios emitidos, determinada pelos diversos planos cristalinos dos minerais, é representada em um difratograma.

3.3 Material e Equipamentos

Porta-amostra de alumínio, para amostra não orientada.

Porta-amostra tipo janela (lâmina de vidro com cavidade rasa).

Lâminas de vidro de superfície plana.

Obs.: as dimensões das lâminas dependem do equipamento para o qual se destinam. No difratômetro Miniflex, o tamanho padrão é de 50 mm x 30 mm em vidro com espessura de 2,0 mm. As lâminas de vidro que são aquecidas a 550 °C se deformam muito e não devem ser reaproveitadas para outra amostra. Para tratamentos específicos, em que a temperatura de aquecimento exceda 550 ºC, é necessário utilizar outro tipo de material, como lâminas de porcelana.

Espátula pequena.

Almofariz (gral) de ágata.

Fita mágica (fita adesiva branca transparente, que não deixa resíduos após ser removida).

Lápis-tinta para identificação das amostras, ou canetas cuja tinta permaneça legível após aquecimento à temperatura de 550 °C.

Vidros de relógio nas dimensões de 50 mm, 120 mm e 180 mm (este último acondiciona até oito lâminas de 50 mm x 30 mm).

Termômetros com faixa de medição para até 150 °C.

Moinho vibratório de bancada.

Forno mufla.

Dessecador com bomba de vácuo acoplada.

Ultrassom de ponta.

Centrífuga de alta rotação.

Difratômetro de raios-X, com computador acoplado.

Banho-maria.

Placa aquecedora.

Balança com precisão de 0,001 g.

Desumidificadores para o ambiente.

3.4 Reagentes e Soluções

Solução de KCl 1 mol L-1 – pesar 74,5 g de KCl e dissolver em balão volumétrico de 1 L com água destilada ou deionizada. Completar o volume com água. Homogeneizar.

Solução de MgCl2 1 mol L-1 – pesar 95,21 g de MgCl2 e dissolver em balão volumétrico de 1 L com água destilada ou deionizada. Completar o volume com água. Homogeneizar.

Solução de citrato de sódio 0,3 mol L-1 – dissolver 88,23 g de citrato de sódio dihidratado (C6H5O7NA3.2H2O) em balão volumétrico de 1 L com água destilada ou deionizada. Completar o volume com água. Homogeneizar.

Solução de bicarbonato de sódio 1 mol L-1 – dissolver 84,01 g de bicarbonato de sódio (NaHCO3) em balão volumétrico de 1 L com água destilada ou deionizada. Completar o volume com água. Homogeneizar.

Ditionito de sódio em pó, de qualidade garantida.

Etileno glicol.

Peróxido de hidrogênio.

3.5 Procedimento

3.5.1 Obtenção das frações finas

Separar as frações argila (< 0,002 mm) ou silte (0,002 mm - 0,05 mm) conforme descrito no Capítulo 1 (“Separação das Frações Granulométricas do Solo para Análises Mineralógicas”).

Obs.: para análises mais pormenorizadas, pode ser conveniente o fracionamento da fração argila em argila grossa e argila fina, usando-se o método da centrífuga, conforme descrito em Jackson (1985).

3.5.2 Preparação da amostra

O procedimento descrito a seguir destina-se preferencialmente à fração argila, uma vez que a preparação da fração silte é mais simples, requerendo, na maioria dos casos, apenas desagregação com auxílio de uma espátula.

Pulverizar a amostra de argila (1 g a 2 g) em gral de ágata ou em moinho e passá-la integralmente por peneira com 0,053 mm de abertura de malha.

Colocar a amostra em tubo de centrífuga de 50 mL, adicionar 40 mL de água destilada e submetê-la a um ciclo de 3 minutos no ultrassom de ponta (Figura 1a, b).

Proceder a centrifugação em alta rotação e posterior descarte do sobrenadante límpido.

Obs.: para confecção da lâmina, é necessário que a amostra de argila esteja hidratada de modo a se obter uma pasta homogênea, o que nem sempre é conseguido somente com a pulverização no almofariz de ágata e posterior umedecimento. O uso do ultrassom de ponta resulta em grande melhoria em todo o processo de análise, seja na confecção da lâmina, seja nas etapas posteriores, como no tratamento para saturação com cátions.

3.5.3 Montagem das lâminas

A disposição da amostra para leitura no difratômetro de raios-X é realizada em montagem orientada, preferencialmente para a fração argila, visando intensificar as reflexões dos planos cristalinos característicos dos argilominerais (filossilicatos), ou em montagem em pó, para melhor identificação de constituintes não planares e caracterizações mineralógicas específicas.

3.5.3.1 Montagem orientada

Preparar lâmina de vidro, de superfície lisa, aplicando-se fita adesiva transparente especial (fita mágica) em uma das extremidades e na porção média da lâmina, delimitando a área útil a ser irradiada, conforme padrão do equipamento (Figura 2a).

Obs.: além de limitar a área da lâmina que receberá a amostra, evitando-se excesso de material (Figura 2b), a montagem com a fita adesiva tem o objetivo de padronizar a espessura da película de argila sobre a lâmina de vidro (evitar o uso de fita adesiva comum, por deixar resíduos).

Com o auxílio de uma espátula, colocar um pouco da amostra em estado pastoso sobre a lâmina e promover a orientação do material, deslizando outra lâmina de vidro sobre a pasta, sempre no mesmo sentido (método do esfregaço).

Obs.: caso se disponha apenas de pequena quantidade de amostra, preparar uma suspensão do material em água destilada e gotejar essa suspensão sobre a lâmina com o auxílio de uma pipeta (método do gotejamento), procedimento que pode também ser utilizado para montagem de lâminas da fração silte (cuja orientação por esfregaço é, em geral, muito difícil). No entanto, nem sempre o simples gotejamento da suspensão sobre a lâmina resulta em boa orientação dos minerais planares. Uma melhor orientação é, em geral, obtida com o método do esfregaço.

Retirar a fita adesiva (Figura 2c) e deixar secar à temperatura ambiente sob a proteção de um vidro de relógio, para evitar a secagem rápida e a formação de trincas, e também o ressecamento excessivo da amostra.

Levar a lâmina ao difratômetro, para leitura.

Obs.: a preparação da lâmina influencia tanto a qualidade do difratograma a ser obtido como os próprios resultados da análise. O excesso de material pode prejudicar a expressão dos reflexos dos constituintes minoritários e provocar considerável variação de intensidade dos reflexos dos componentes predominantes. Assim, a utilização de fita adesiva constitui um procedimento criativo para melhoria do processo, possibilitando a obtenção de lâminas com espessura semelhante e com excelente padrão de qualidade (Calderano et al., 2009).

3.5.3.2 Montagem não orientada

Preencher a cavidade da lâmina de vidro, ou o recipiente de alumínio, com a amostra em pó (Figura 3a, b), sem exercer pressão (para evitar orientação do material). O porta-amostras de alumínio para análise automatizada (Figura 3b), disponível em equipamentos mais modernos, permite que a análise seja executada com rotação, o que diminui o efeito de uma possível orientação, sendo recomendado para fins de quantificação dos constituintes.

Levar ao difratômetro para leitura.

3.5.4 Tratamentos adicionais

Além de melhorar a expressão dos reflexos de alguns constituintes presentes em pequena proporção, tratamentos adicionais podem ser necessários para identificação de certos minerais, como é o caso específico dos argilominerais de estrutura 2:1, cuja presença é indicada pela ocorrência de reflexos (ou bandas) na região de baixos ângulos (<9 °2θ) no difratograma da amostra não tratada. Para esses casos, são aplicados tratamentos sequenciais que incluem: a eliminação da matéria orgânica (dispensável no caso de amostras com menos de 1% de carbono); desferrificação com ditionito-citrato-bicarbonato de sódio (DCB); saturação com magnésio e solvatação com etilenoglicol; e saturação com potássio, seguida de aquecimento a diferentes temperaturas, conforme descrito a seguir.

3.5.4.1 Oxidação da matéria orgânica

Pesar aproximadamente 2 g de argila e transferir para béquer de 250 mL.

Umedecer a amostra com água destilada e adicionar 1 mL ou mais, se necessário, de H2O2 (concentração equivalente a 30 volumes), deixando em repouso por 2 horas.

Colocar o béquer em placa aquecedora ou em banho-maria, sob fervura branda, com temperatura controlada a no máximo 80 °C. No caso de excessiva efervescência, resfriar a solução com água.

Adicionar H2O2 gradativamente, até que a decomposição da matéria orgânica seja completada, o que é evidenciado pelo fim da efervescência.

Deixar o béquer na placa aquecedora ou em banho-maria em fervura branda por mais 1 hora, aproximadamente, para eliminar o H2O2.

Acrescentar água destilada e centrifugar, descartando o sobrenadante límpido.

Obs.: evitar número acima de seis amostras para maior controle sobre todas as etapas.

3.5.4.2 Desferrificação da amostra

A desferrificação da amostra é realizada após a remoção da matéria orgânica ou em amostra não tratada, pelo método do DCB, conforme Mehra e Jackson (1960). Embora não exclusivo, esse tratamento é, em geral, restrito à fração argila e raramente aplicado ao silte.

Colocar a amostra de argila (2 g) em tubo de centrífuga de 100 mL e adicionar 40 mL de solução de citrato de sódio dihidratado 0,3 mol L-1 e 5 mL de solução de bicarbonato de sódio 1 mol L-1.

Aquecer em banho-maria (em capela) à temperatura entre 75 °C e 80 °C (evitar que a temperatura ultrapasse 80 °C).

Adicionar 1 g de ditionito de sódio em pó, agitando levemente por cerca de 1 minuto, seguido de 5 minutos de repouso (repetir essa operação por mais duas vezes).

Obs.: quando a amostra adquire cores de tons neutros (cinza, cinza-claro a branco), a desferrificação está concluída (Figura 4). Para algumas amostras a adição de apenas 1 g de ditionito de sódio é suficiente, outras podem requerer mais de três.

Deixar esfriar na capela.

Centrifugar e descartar o sobrenadante em recipiente próprio para descarte de material tóxico.

Adicionar água destilada, centrifugar e descartar o sobrenadante límpido.

Repetir a operação de lavagem por mais duas vezes.

Separar parte dessa amostra e preparar lâmina conforme item 3.5.3.1.

Obs.: para fins específicos, como quantificação ou avaliação de parâmetros cristalográficos, por exemplo, pode ser necessária preparação da lâmina em montagem não orientada.

Levar ao difratômetro para leitura.

Dividir o restante da amostra desferrificada em duas partes, para saturação com Mg2+ e com K+, separadamente.

3.5.4.3 Saturação com magnésio

Colocar a amostra desferrificada em tubo de centrífuga de 50 mL ou 100 mL.

Adicionar 10 mL de solução de MgCl2 1 mol L-1 e agitar.

Deixar em repouso por 12 horas.

Centrifugar e descartar o sobrenadante límpido.

Adicionar 10 mL de solução de MgCl2 1 mol L-1, deixando em repouso por pelo menos 10 minutos.

Centrifugar e descartar o sobrenadante límpido.

Adicionar água destilada, para lavagem.

Centrifugar e descartar o sobrenadante límpido.

Repetir a operação de lavagem por mais duas vezes.

Confeccionar lâmina para análise, conforme item 3.5.3.1.

Deixar secar à temperatura ambiente, sob a proteção de um vidro de relógio.

Levar a lâmina com amostra Mg-saturada ao difratômetro para leitura, e posteriormente proceder à solvatação com etilenoglicol.

3.5.4.4 Solvatação com etileno glicol a frio

Colocar o etilenoglicol em recipiente adequado (placa de petri ou cápsula de porcelana) no fundo de um dessecador acoplado a uma bomba de vácuo (Figura 5).

Colocar a lâmina com amostra Mg-saturada sobre a placa de porcelana perfurada do dessecador.

Tampar o dessecador e ligar a bomba de vácuo por duas horas para retirada do ar e saturação de seu interior com etilenoglicol.

Fechar a válvula do dessecador, desligar a bomba de vácuo e deixar a lâmina nessa atmosfera saturada por cerca de 15 horas.

Abrir a válvula do dessecador e retirar a lâmina.

Levar a lâmina ao difratômetro para leitura.

Obs.: sugere-se realizar o procedimento de solvatação com etilenoglicol ao final do dia, de modo a utilizar o período noturno para permanência das lâminas sob a atmosfera saturada.

3.5.4.5 Saturação com potássio e aquecimento

Colocar a amostra desferrificada em tubo de centrífuga de 50 mL ou 100 mL.

Adicionar 10 mL de solução de KCl 1 mol L-1 e agitar.

Deixar em repouso por 12 horas.

Centrifugar e descartar o sobrenadante límpido.

Adicionar 10 mL de solução de KCl 1 mol L-1, deixando em repouso por 10 minutos.

Centrifugar e descartar o sobrenadante límpido.

Adicionar água destilada, para lavagem.

Centrifugar e descartar o sobrenadante límpido.

Repetir a operação de lavagem por mais duas vezes.

Confeccionar lâmina para análise, conforme item 3.5.3.1.

Deixar secar à temperatura ambiente, sob a proteção de um vidro de relógio.

Levar a lâmina com amostra K-saturada ao difratômetro para leitura, e posteriormente proceder a tratamento térmico.

Em forno mufla, submeter a lâmina contendo amostra K-saturada a aquecimento em etapas sucessivas, nas temperaturas de 110 °C, 350 °C e 550 °C, por um período de 2 horas.

Após cada etapa de aquecimento, deixar a lâmina resfriar no interior da própria mufla e levar ao difratômetro para leitura.

Obs.: após aquecimento a 110 °C, o resfriamento é rápido, sendo possível a retirada das lâminas pouco tempo depois de desligar a mufla (± 30 min), para execução da leitura ao difratômetro. Para as demais temperaturas (350 °C e 550 °C), sugere-se realizar o aquecimento ao final da tarde, com a retirada das lâminas no dia seguinte. Em qualquer etapa do processo, as lâminas devem ser mantidas sob a proteção de um vidro de relógio após serem retiradas da mufla.

3.5.5 Condições de irradiação e obtenção dos difratogramas

Para obtenção dos difratogramas, a varredura das lâminas é realizada sob uma energia de irradiação de 30 kV e 15 mA, condições fixas do equipamento em uso na Embrapa Solos (modelo Miniflex Rigaku, equipado com tubo de cobre e monocromador de grafite; Figura 6), com passo de 0,050 ° por segundo, que pode ser ajustado conforme os objetivos da análise.

O intervalo de varredura em geral vai de 2 ° a 45 ° (2θ). Este intervalo é adotado, pois abrange os principais reflexos diagnósticos dos argilominerais e de outros constituintes comumente encontrados em solos. Para alguns casos específicos, leituras com intervalo até 80 °2θ podem ser necessárias.

3.6 Interpretação

Os difratogramas de raios-X (Figura 7) apresentam picos ou reflexos que correspondem às dimensões características dos espaçamentos basais de cada mineral. Esses espaçamentos (valor d) são obtidos por meio da conversão, com base na lei de Bragg, do valor em graus 2θ (escala horizontal do difratograma) pela equação abaixo:

Em que:

n – número inteiro referente à ordem de difração ou reflexão.

λ – comprimento de onda da radiação incidente, que depende do anodo utilizado no equipamento, em nm (Obs.: 0,15418 nm para o cobre).

d – distância interplanar para o conjunto de planos hkl da estrutura cristalina do mineral, em nm.

θ – ângulo de incidência dos raios-X.

Os espaçamentos basais relativos aos picos nos difratogramas podem ser obtidos também em tabelas de conversão, disponíveis em livros texto sobre o assunto, como Brindley e Brown (1984), para diferentes comprimentos de onda da radiação (tubos de Cobre, Cobalto ou Ferro), em geral expressos em Angstrons (1 nm = 10 Ǻ). Em difratômetros automatizados, a conversão é feita automaticamente para nanômetros.

A identificação dos minerais é feita pela comparação dos valores de d, referentes aos reflexos (picos) no difratograma, com as fichas de dados de difração para cada mineral, conforme padrões do Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS), constante em Berry (1974).

No entanto, devido às imperfeições e variações dos minerais, no que se refere à pureza e cristalinidade, e à íntima associação entre eles no ambiente pedogenético, nem sempre é possível a comparação direta dos resultados com os padrões do JCPDS (obtidos para minerais isolados e bem cristalizados), sendo necessários investigações e tratamentos complementares, como os referidos acima, para subsidiar a identificação dos minerais. Usam-se, também, para interpretação dos resultados, os critérios e tabelas de Barnishel e Bertsch (1989), Brindley e Brown (1984), Dixon e Weed (1989), Fontes (1990), Kämpf et al. (1995), Moore e Reynolds Junior (1997) e Thorez (1976).

Na apresentação dos resultados, os nomes dos minerais são grafados conforme Branco (1987).

Exemplos de interpretação e informações específicas sobre a mineralogia de solos brasileiros podem ser encontrados em Kämpf e Curi (2003) e em Resende et al. (2005). Aspectos sobre interpretação com enfoque amplo em argilominerais interestratificados, provenientes de ambientes sedimentares, bem como sobre a preparação de amostras, tratamentos químicos e sua possível interferência em alguns dos argilominerais, podem ser obtidos em Alves (1990), Hughes et al. (1994) e Fiore et al. (2010).

3.7 Observações

Para os minerais planares, a expressão dos reflexos no difratograma é favorecida pela orientação da amostra sobre a lâmina de vidro, de modo que as partículas desses minerais fiquem paralelas umas às outras, intensificando, assim, os picos ou os reflexos característicos de cada um deles. Essa orientação pode ser obtida por sedimentação do material em suspensão (método do gotejamento) ou pela fricção do material em estado pastoso entre duas lâminas de vidro (método do esfregaço).

Com relação às amostras em suspensão, nem sempre o simples gotejamento da suspensão sobre a lâmina favorece uma boa orientação dos minerais planares. Uma melhor orientação é, em geral, obtida com o método do esfregaço.

A identificação dos argilominerais requer tratamentos químicos e térmicos específicos, como os descritos no item 3.5.4, avaliando-se a mudança dos padrões dos difratogramas a cada etapa da análise.

3.8 Referências

ALVES, D. B. Influência dos tratamentos de dispersão de amostra na análise dos argilominerais por difração de raios-X. Aplicação nos folhelhos cretáceos do flanco noroeste da bacia da foz do Amazonas. 1990. 437 f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.

BARNISHEL, R. I.; BERTSH, P. M. Chlorites and hydroxy-interlayered vermiculite and smectite. In: DIXON, J. B.; WEED, S. B. (Ed.). Minerals in soil environments. 2nd ed. Madison: Soil Science Society of America, 1989. cap. 15, p. 729-788.

BERRY, L. G. (Ed.). Joint Committee on Powder Diffraction Standards-JCPDS: selected powder diffraction data for minerals. Philadelfia: [s.n], 1974. 833 p.

BRANCO, P. de M. Dicionário de mineralogia. 3. ed. Porto Alegre: Sagra, 1987. 362 p.

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CALDERANO, S. B.; DUARTE, M. N.; GREGORIS, G. Análise mineralógica das frações finas do solo por difratometria de raios-X: revisão e atualização da metodologia e critérios usados na Embrapa Solos. Rio de Janeiro: Embrapa Solos. 2009. 9 p. (Embrapa Solos. Comunicado técnico, 53).

CLAESSEN, M. E. C. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. e atual. Rio de Janeiro: EMBRAPA-CNPS, 1997. 212 p. (EMBRAPA-CNPS. Documentos, 1).

DIXON, J. B.; WEED, S. B. (Ed.). Minerals in soil environments. 2nd ed. Madison: Soil Science Society of America, 1989. 1244 p.

FIORE, S.; CUADROS, J.; HUERTAS, F. J. (Ed.). Interstratified clay minerals: origin, characterization and geochemical significance. Bari: Digilabs, 2010. 175 p. (AIPEA educational series, n. 1).

FONTES, M. P. F. Vermiculita ou esmectita com hidroxi nas entrecamadas: proposição de nomenclatura. Boletim Informativo da Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, v. 15, n. 1, p. 24-28, 1990.

HUGHES, R. E.; MOORE, D. M.; GLASS, H. D. Qualitative and quantitative analysis of clay minerals in soils. In: AMONETTE, J. E; ZELAZNY, L. W. (Ed.). Quantitative methods in soil mineralogy. Madison: Soil Science Society of America, 1994. p. 330-359.

JACKSON, M. L. Soil chemical analysis: advanced course. 2nd ed. Madison: University of Wisconsin, 1985. 894 p.

KÄMPF, N.; AZEVEDO, A. C.; COSTA JUNIOR, M. I. Estrutura básica de argilomineral 2:1 com hidroxi-Al entrecamadas em Latossolo Bruno do Rio Grande do Sul. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 19, n. 2, p. 185-190, 1995.

KÄMPF, N.; CURI, N. Argilominerais em solos brasileiros. In: CURI, N.; MARQUES, J. J.; GUILHERME, L. R. G.; LIMA, J. M. de; LOPES, A. S.; ALVAREZ V., V. H. (Ed.). Tópicos em ciência do solo. Viçosa, MG: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2003. v. 3. p. 1-54.

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MOORE, D. M.; REYNOLDS JUNIOR, R. C. X-ray diffraction and the identification and analysis of clay minerals. 2nd ed. Oxford: Oxford University Press, 1997. 378 p.

RESENDE, M.; CURI, N.; KER, J. C.; REZENDE, S. B. de. Mineralogia de solos brasileiros: interpretações e aplicações. Lavras: UFLA, 2005. 192 p.

THOREZ, J. Practical identification of clay minerals. Liege: Liége State University, 1976. 90 p.

3.9 Anexos

Figura 1. Homogeneização de amostra de argila com ultrassom de ponta: (a) visão geral e (b) detalhe da ponteira e do recipiente contendo a amostra.

Fotos: Gilson Gregoris

Figura 2. Preparação de lâmina em montagem orientada: (a) delimitação com fita adesiva da área a ser irradiada, conforme o padrão do equipamento (ao lado); (b) disposição da amostra; e (c) lâmina preparada.

Fotos: Gilson Gregoris

Figura 3. Recipientes para montagem não orientada (amostras em pó): (a) lâminas de vidro com cavidade rasa e (b) recipientes de alumínio em porta-amostras.

Fotos: Gilson Gregoris

Figura 4. Alteração da cor de amostras de argila após a desferrificação: amostras não tratadas (superiores) e desferrificadas (inferiores).

Foto: Gilson Gregoris

Figura 5. Sistema para solvatação com etilenoglicol a frio, composto por um dessecador e uma bomba de vácuo.

Foto: Gilson Gregoris

Figura 6. (a) Difratômetro de raios-X, modelo Miniflex, da Rigaku e (b) detalhe de difratograma na tela do computador acoplado.

Fotos: Gilson Gregoris

Figura 7. Difratogramas de raios-X (montagem orientada; radiação CuKα) da fração argila de amostra não tratada (Am. total) e submetida a diferentes tratamentos, do horizonte Bwc2 do perfil X RCC - 16 MS (VHE - vermiculita com hidroxi-Al entrecamadas; Ct - caulinita; Gb - gibbsita; Gt – goethita; Hm - hematita).

Foto: Sebastião Barreiros Calderano

— Capítulo 4 —
CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA DOS ÓXIDOS DE FERRO

Alberto Vasconcellos Inda

Jessé Rodrigo Fink

4.1 Introdução

O conhecimento da distribuição relativa das diferentes formas de ferro no solo tem interesse para a interpretação da pedogênese, na avaliação das condições e da intensidade do intemperismo, no entendimento do comportamento físico e químico e na classificação de solos. Neste sentido, muitas técnicas de dissolução, usando diferentes extratores químicos, têm sido propostas objetivando quantificar o teor de Fe no solo e sedimentos (Borggaard, 1988; Loeppert; Inkeep, 1996; Loveland, 1988).

Os procedimentos químicos de dissolução empregados na quantificação do Fe, embora não específicos para cada tipo de mineral, são seletivos para as diferentes formas de Fe no solo 1988). Os teores de Fe têm sido avaliados basicamente sob três formas: (i) Fe total (Fet); (ii) Fe constituinte dos óxidos de Fe de baixa cristalinidade (Feo); (iii) Fe constituinte da totalidade dos óxidos de Fe pedogênicos (Fed).

O Fe total (Fet) compreende o Fe extraído pela dissolução total dos minerais contidos na amostra, incluindo aluminossilicatos primários e secundários, bem como óxidos de Fe pedogênicos e litogênicos. Os procedimentos comumente utilizam ácidos inorgânicos, como o ataque triácido HF-HClO4-HNO3 (Loeppert; Inskeep, 1996), ataque por H2SO4 concentrado (Claessen, 1997; Donagema et al., 2011) ou HCl 6 mol L-1 (Dick; Kämpf, 1988; Fey; Dixon, 1983; Olson, 1965). A importância da determinação do Fet é reconhecida no Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (Santos et al., 2013).

O Fe correspondente aos óxidos de Fe de baixa cristalinidade (Feo), representados principalmente pela ferrihidrita e parte das lepidocrocitas, também denominadas formas “mais ativas”, é extraído com oxalato de amônio na maioria dos procedimentos (Loveland, 1988; Mckeague; DAY, 1966; Schwertmann, 1964).

O Fe extraído pela dissolução seletiva da totalidade dos óxidos de Fe pedogênicos (Fed) inclui o conjunto dos óxidos cristalinos, os de baixa cristalinidade e os não cristalinos, como hematita, goethita, maghemita, lepidocrocita e ferrihidrita. Essa extração era conhecida como referente aos óxidos de Fe “livres”, termo atualmente em desuso. Na maioria dos procedimentos para extração desta forma de Fe, é usado ditionito de sódio como redutor químico (Holmgren, 1967; Inda Junior; Kämpf, 2003; Mehra; Jackson, 1960).

A razão entre os teores de Fed e Fet (Fed/Fet) possibilita inferir a proporção do Fe já liberado pelo intemperismo de minerais primários e do Fe precipitado na forma de óxidos de ferro pedogênicos, bem como a presença de fonte de ferro para a formação potencial desses minerais, sendo, portanto, indicativa do estádio de intemperismo do solo. Os teores de Feo e Fed permitem inferir, por meio da razão Feo/Fed, a proporção das formas de maior e menor cristalinidade dentre os óxidos de Fe pedogênicos, sendo esta um primeiro indicativo da presença de ferrihidrita no solo (Schwertmann et al., 1982). É um parâmetro utilizado na caracterização da reatividade desses minerais no solo e de processos pedogenéticos.

A dissolução seletiva dos óxidos de Fe pedogênicos possibilita estimar, além do teor de Fe, o teor de outros metais solubilizados. Estes metais, principalmente o alumínio, têm sido interpretados como elementos que substituem o Fe na estrutura cristalina, sendo importantes na caracterização dos óxidos de Fe e na relação destes com o ambiente de formação.

A baixa concentração de óxidos de Fe em algumas classes de solo dificulta a identificação e caracterização desta fração, afetando o estudo deste grupo de minerais (Kämpf; Schwertmann, 1982). Para tanto, Norrish e Taylor (1961) propuseram o método de concentração dos óxidos de Fe com solução NaOH 5 mol L-1 a quente.

A difratometria de raios-X (DRX) é considerada a técnica padrão para identificação, quantificação e caracterização de minerais, associada a outras técnicas analíticas e a procedimentos químicos de dissolução seletiva.

4.2 Dissoluções seletivas

4.2.1 Princípio

Dissolução de argilominerais por digestão alcalina em solução de NaOH 5 mol L-1 fervente, com concentração da fração óxidos de Fe.

4.2.2 Material e Equipamentos

Almofariz.

Balança analítica com precisão de 0,001 g.

Balão volumétrico de 1 L.

Banho de areia.

Bastão de polietileno.

Béquer de 1000 mL.

Béquer de teflon de 400 mL.

Capela de fluxo de ar contínuo.

Pipeta graduada de 2 mL.

Pipeta volumétrica de 20,00 mL.

Proveta plástica de 500 mL.

Vidros de relógio para os béqueres de teflon.

4.2.3 Reagentes e soluções

Álcool 92,8 °.

Solução de hidróxido de sódio 5 mol L-1 – em capela com circulação de ar contínua, com um béquer de 1 L contendo 500 mL de água destilada, dissolver 200 g de NaOH e adicionar lentamente água destilada até o volume aproximado de 950 mL. Deixar a solução esfriar e transferir o volume para balão volumétrico de 1 L, completando o volume com água destilada. Esta solução deve ser preparada um dia antes de ser usada.

Solução de ácido clorídrico 0,5 mol L-1 – adicionar 43 mL de HCl concentrado (d=1,19 g cm-3 e 37%) em balão volumétrico de 1 L previamente preenchido até a metade com água destilada ou deionizada. Completar o volume com água destilada ou deionizada. Homogeneizar.

4.2.4 Procedimento

Pesar 3 g ou 4 g de amostra da fração argila em béquer de teflon de 400 mL (conforme a concentração de óxidos de ferro determinada pela extração com ditionito de sódio ou pelo ataque sulfúrico).

Adicionar 300 mL da solução de NaOH 5 mol L-1.

Acomodar em banho de areia a 200 °C.

Agitar com bastão de polietileno.

Colocar vidros de relógio sobre o béquer de teflon para evitar evaporação.

Após 20 minutos, agitar com bastão de polietileno.

Deixar ferver por 2 horas.

Retirar os recipientes do banho de areia.

Deixar em repouso por 1 a 2 horas para esfriar e sedimentar a fração concentrada.

Descartar ao máximo o sobrenadante vertendo a solução de NaOH para recipiente de descarte.

Transferir a fração concentrada para béquer de vidro.

Adicionar 200 mL de solução de HCl 0,5 mol L-1 e agitar para dissolver a sodalita formada durante o processo.

Esperar 20 minutos e agitar com bastão de polietileno.

Esperar mais 20 minutos e retirar o excesso de HCl vertendo a solução para recipiente de descarte.

Adicionar novamente 200 mL de solução de HCl 0,5 mol L-1 e agitar.

Esperar 20 minutos e agitar.

Esperar 20 minutos e retirar o excesso de HCl vertendo a solução para recipiente de descarte.

Adicionar 200 mL de álcool 92,8 º e agitar.

Esperar 30 minutos e retirar o excesso de álcool (verter a solução para recipiente de descarte).

Repetir a lavagem com álcool 92,8 º.

Transferir para béquer de vidro de 100 mL.

Secar em estufa em temperatura de 50 ºC.

Moer finamente em almofariz de ágata.

4.2.5 Observações

Para amostras com valor Ki ≤ 1,00, deve-se adicionar 10% de sílica gel (em peso), para evitar a possível dissolução e recristalização de goethitas de baixa cristalinidade e alta substituição em Al, em amostras ricas em gibbsita.

O volume do ácido clorídrico indicado na descrição de preparação da solução 0,5 mol L-1 serve para um ácido com pureza de 0,37 (37%) e densidade 1.180 g L-1. Caso sejam utilizados ácidos com diferentes especificações, calcular o VHCl conforme abaixo:

Em que:

M – concentração da solução de HCl requerida, em mol L-1.

P – pureza do ácido (% x 0,01).

DHCl – densidade do ácido clorídrico, em g L-1.

4.3 Difratometria de raios-X

4.3.1 Princípio

A análise por difratometria de raios-X (DRX) permite a identificação mineral através da caracterização de sua estrutura cristalina. Entende-se por difração o desvio na propagação retilínea de uma onda, quando um obstáculo se interpõe ao seu trajeto. A difração de raios-X pelos cristais resulta de um processo em que os raios-X são espalhados pelos elétrons dos átomos do cristal, sem mudanças de comprimento de onda. Um feixe difratado é produzido apenas quando algumas condições geométricas, expressas pela lei de Bragg, são satisfeitas. A expressão matemática da lei de Bragg é: d = λ/(2 senθ), onde d é a distância interplanar, λ é o comprimento de onda e θ é o ângulo de incidência e difração de um feixe de raios-X relativamente a um dado plano atômico.

O resultado da análise é apresentado na forma de um gráfico (difratograma), cujas variáveis são o ângulo 02θ (eixo x) vs a intensidade das reflexões (eixo y). As reflexões no difratograma são produzidas quando, para um dado valor de θ, um dado plano atômico possui distância interplanar (d) que satisfaz a lei de Bragg. Cada estrutura cristalina produz um padrão de difração característico.

4.3.2 Material e Equipamentos

Rolha de silicone.

Lâmina de vidro com cavidade central ou porta-amostra específico para o difratômetro de raios-X.

Difratômetro de raios-X.

Padrões internos para referência (ex. hematita de itabirito, silício, halita, quartzo).

4.3.3 Procedimento

4.3.3.1 Preparação das amostras

Distribuir aleatoriamente a amostra, sem orientação preferencial, em lâminas (montagem em pó). Obs.: a essas amostras poderão ser misturados padrões internos, como quartzo ou halita em até 5% do total de amostra.

Depositar o material previamente moído em almofariz de ágata (item 4.2.4), na cavidade de uma lâmina de vidro ou em porta-amostra disponíveis para essa finalidade.

Após a deposição do material, compactar levemente com auxílio de uma rolha de silicone. Para não ocorrer orientação do material, basta colocar um pedaço de papel (folha A4) entre a amostra e a rolha.

4.3.3.2 Obtenção do difratograma de raios-X

Após a montagem da amostra no porta-amostra, levar ao difratômetro e acomodar no local indicado.

Fechar adequadamente o compartimento em que ocorrerá a emissão de raios-X.

Escolher o programa contendo os parâmetros predeterminados para a análise, iniciar a análise e aguardar até o aparelho indicar que é seguro abrir o compartimento para retirada da amostra.

Salvar o difratograma que aparecerá no software do difratômetro em um arquivo único. Obs.: o formato do arquivo salvo dependerá da marca do aparelho e do software que será utilizado para a identificação dos minerais.

4.4 Cálculos e interpretação dos parâmetros mineralógicos

Os parâmetros calculados com base nas reflexões dos difratogramas de raios-X, como a substituição do Fe por Al nos octaedros dos óxidos de ferro, o diâmetro médio do cristal (DMC) etc., envolvem a determinação exata da posição e da largura a meia altura das reflexões (LMA). A posição e a LMA das reflexões devem ser corrigidas pelo uso de padrões internos (ex. hematita de itabirito, silício, halita, quartzo) adicionados a todas as amostras analisadas.

4.4.1 Razão hematita/hematita+goethita

A razão hematita/(hematita+goethita), [Hm/(Hm+Gt], pode ser estimada por meio do cálculo da área das reflexões Hm(012) e Gt(110), multiplicando-se a área da reflexão Gt(110) por 0,30, uma vez que a intensidade da reflexão Hm(012) é 30%.

4.4.2 Substituição de Fe por Al

Em que:

AlGt – substituição de Fe por Al na goethita, em mol mol-1.

AlHm – substituição de Fe por Al na hematita, em mol mol-1.

d111(Gt) – espaçamento d da reflexão do plano 111 da goethita, em nm.

d110(Gt) – espaçamento d da reflexão do plano 110 da goethita, em nm.

d110(Hm) – espaçamento d da reflexão do plano 110 da hematita, em nm.

4.4.3 Diâmetro médio do cristal

Em que:

DMChkl – diâmetro médio dos cristais (DMC) perpendicular aos planos hkl 110 e 111 da goethita e 012, 104 e 110 da hematita.

K – constante referente ao fator de cristalinidade, em geral igual a 0,9.

l – comprimento de onda da fonte utilizada nas radiações de raios-X, em nm (ex. lCo= 1,790260 nm).

b – largura a meia altura corrigida dos reflexos hkl nos difratogramas de raios-X, por meio da fórmula de Scherrer, em graus 2 teta (02θ).

q – ângulo de Bragg que corresponde à posição da reflexão do plano hkl considerado, obtido de o2q/2.

Em que:

b – correção da largura a meia altura devido ao erro instrumental.

B – largura a meia altura das reflexões, em graus 2 teta (02θ).

b – largura a meia altura do padrão interno, em graus 2 teta (02θ).

4.4.4 Área superficial específica

4.4.4.1 Goethita

Em que:

ASEGt – área superficial específica da goethita, em m2 g-1.

DMC100 – diâmetro médio do cristal de goethita considerando o plano 100, em nm.

DMC110 – diâmetro médio do cristal de goethita considerando a reflexão do plano 110, em nm.

4.4.4.2 Hematita

Em que:

ASEHm – área superficial específica da hematita, em m2 g-1.

d – densidade da hematita, em g cm-3.

DMC110 – diâmetro médio do cristal de hematita considerando a reflexão do plano 110, em nm.

DMC012 – diâmetro médio do cristal de hematita considerando a reflexão do plano 012, em nm.

4.5 Observações

Os elementos mais comuns utilizados na confecção de tubos de raios-X são cobalto, ferro e cobre. O tubo de Co não produz fluorescência em óxidos de ferro, embora atenue as reflexões de silicatos. O tubo de Fe atenua pouco tanto as reflexões de óxidos de ferro como as de silicatos. O tubo de Cu, mesmo não sendo o ideal para análise dos óxidos de ferro, pode ser utilizado mediante a utilização de um monocromador de grafite na configuração do equipamento.

4.6 Referências

BORGGAARD, O. K. Phase identification by selective dissolution techniques. In: STUCKI, J. W.; GOODMAN, B. A.; SCHWERTMANN, U. (Ed.). Iron in soils and clay minerals. Dordrecht: D. Reidel, 1988. p. 83-98. (NATO ASI Series. Series C, Mathematical and Physical Sciences, v. 217).

CLAESSEN, M. E. C. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. e atual. Rio de Janeiro: EMBRAPA-CNPS, 1997. 212 p. (EMBRAPA-CNPS. Documentos, 1).

DICK, D. P.; KÄMPF, N. Comparação da extração de ferro com HCl 6N, H₂SO₄ 1:1 e ditionito-citrato-bicarbonato de sódio em horizontes B-latossólicos. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 12, p. 185-188, 1988.

DONAGEMA, G. K.; CAMPOS, D. V. B. de; CALDERANO, S. B.; TEIXEIRA, W. G.; VIANA, J. H. M. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2011. 230 p. (Embrapa Solos. Documentos, 132).

FEY, M. U.; DIXON, J. B. Rapid estimation of iron oxides in soils and clays by spectrophotometric analysis. Soil Science Society of America Journal, v. 17, n. 6, p. 1261-1263, 1983.

HOLMGREN, G. G. S. A rapid citrate-dithionite extractable iron procedure. Soil Science Society of America Proceedings, v. 31, n. 2, p. 210-211, 1967.

INDA JUNIOR, A. V.; KÄMPF, N. Avaliação de procedimentos de extração dos óxidos de ferro pedogênicos com ditionito-citrato-bicarbonato de sódio. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 27, n. 6, p. 1139-1147, 2003.

KÄMPF, N.; SCHWERTMANN, U. The 5M - NaOH concentration treatment for iron oxides in soils. Clays and Clay Minerals, v. 30, n. 6, p. 401-408, 1982.

LOEPPERT, R. H.; INSKEEP, W. P. Iron. In: SPARKS, D. L. (Ed.). Methods of soil analysis: part 3: chemical methods. Madison: Soil Science Society of America, 1996. p. 639-664. (SSSA. Book series, 5).

LOVELAND, P. J. The assay for iron in soils and clay minerals. In: STUCKI, J. W.; GOODMAN, B. A.; SCHWERTMANN, U. (Ed.). Iron in soils and clay minerals. Dordrecht: D. Reidel, 1988. p. 99-140. (NATO ASI Series. Series C, Mathematical and Physical Sciences, v. 217).

MCKEAGUE, J. A.; DAY, J. H. Dithionite and oxalate extractable Fe and Al as aids in differentiating various classes of soils. Canadian Journal of Soil Science, v. 46, n. 1, p. 13-22, 1966.

MEHRA, O. P.; JACKSON, M. L. Iron oxide removal from soils and clays by a dithionite-citrate system buffered with sodium bicarbonate. In: NATIONAL CONFERENCE ON Clays and Clay Minerals, 7., 1958, Washington, DC. Clays and clay minerals: Proceedings. London: Pergamon Press, 1960. p. 317-327.

NORRISH, K.; TAYLOR, R. M. The isomorphous replacement of iron by aluminum in soil goethites. Journal of Soil Science, v. 12, n. 2, p. 294-306, 1961.

OLSON, R. V. Iron. In: BLACK, C. A.; EVANS, D. D; ESNMINGER, L. E.; CLARK, F. E. (Ed.). Methods of soil analysis: part 2: chemical and microbiological properties. Madison: American Society of Agronomy, 1965. p. 963-973.

SANTOS, H. G. dos; JACOMINE, P. K. T.; ANJOS, L. H. C. dos; OLIVEIRA, V. A. de; LUMBRERAS, J. F.; COELHO, M. R.; ALMEIDA, J. A. de; CUNHA, T. J. F.; OLIVEIRA, J. B. de. Sistema brasileiro de classificação de solos. 3. ed. rev. e ampl. Brasília, DF: Embrapa, 2013. 353 p.

SCHWERTMANN, U. Differenzierung der eisen oxide des bodens durch extraktion unit saurer ammoniumoxalat-losung. Zeitung Pflanzenernährung, v. 105, p. 194-202, 1964.

SCHWERTMANN, U.; SCHULZE, D. G.; MURAD, E. Identification of ferrihydrite in soils by dissolution kinetics, differential x-ray diffraction and Mössbauer spectroscopy. Soil Science Society of America Journal, v. 46, n. 4, p. 869-875, 1982.

4.7 Literatura recomendada

KAMPF, N.; SCHWERTMANN, U. Avaliação da estimativa de substituição de Fe por Al em hematitas de solos. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 22, n. 2, p. 209-213, 1998.

KLUG, H. P.; ALEXANDER, L. E. X-ray diffraction procedures for polycrystalline and amorphous materials. New York: J. Wiley and Sons, 1974. 966 p.

SCHULZE, D. G. The influence of aluminum on iron oxides: VIII. Unit-cell dimensions of Al-substituted goethites and estimation of Al from them. Clays and Clay Minerals, v. 32, n. 1, p. 36-44, 1984.

SCHULZE, D. G.; SCHWERTMANN, U. The influence of aluminium on iron oxides: X. Properties of Al-substituted goethites. Clay Minerals, v. 19, p. 521-539, 1984.

SCHWERTMANN, U.; CARLSON, L. Aluminum influence on iron oxides: XVII. Unit-cell parameters and aluminum substitution of natural goethites. Soil Science Society of America Journal, v. 58, n. 1, p. 256-261, 1994.

SCHWERTMANN, U.; FITZPATRICK, R. W.; TAYLOR, R. M.; LEWIS, D. JG. The influence of aluminum on iron oxides. Part II. Preparation and properties of Al-substituted hematites. Clays and Clay Minerals, v. 27, n. 2, p. 105-112, 1979.

SCHWERTMANN, U.; KÄMPF, N. Properties of goethite and hematite in kaolinitic soils of southern and central Brazil. Soil Science, v. 139, n. 4, p. 344-350, 1985.

— Capítulo 5 —
ESPECTROSCOPIA VIBRACIONAL (ABSORÇÃO NO INFRAVERMELHO MÉDIO) APLICADA À MINERALOGIA DE SOLOS

Etelvino Henrique Novotny

5.1 Introdução

A espectroscopia na região do infravermelho médio é um método rápido e econômico aplicável universalmente na análise estrutural tanto de compostos orgânicos como inorgânicos. Seus espectros apresentam uma riqueza de detalhes relacionáveis à composição e estrutura química da substância em análise. Ela é tão versátil que pode ser usada tanto como fonte de parâmetros físicos na determinação da rede cristalina como um meio empírico para elucidação qualitativa de minerais em uma amostra (Russel; Fraser, 1994). Até recentemente, nos estudos mineralógicos, ela era utilizada essencialmente para fins qualitativos, mas com a popularização de métodos quimiométricos, especialmente a análise por componentes principais (PCA) e regressão por mínimos quadrados parciais (PLS), seu emprego em análises quantitativas tem se disseminado.

A espectroscopia vibracional pode também complementar a análise por difração de raios-X, especialmente por não haver qualquer limitação quanto a estruturas amorfas e oxi-hidróxidos de ferro e alumínio (Novotny 2002; Redon; Serna, 1981).

5.2 Princípio

A espectroscopia é o estudo da interação da matéria com a energia na forma de radiação eletromagnética (fótons) e essa interação pode fornecer informações sobre a estrutura da matéria em nível atômico e molecular. Quando a matéria interage com a radiação eletromagnética, sua energia muda e essa mudança pode ser observada por meio da detecção dos fótons absorvidos ou emitidos pela matéria. De acordo com a energia da radiação eletromagnética utilizada, diferentes fenômenos ocorrem.

A energia necessária para provocar alterações nas distâncias e ângulos das ligações químicas está na região do infravermelho (algumas unidades até dezenas de kJ mol-1) e essa energia provoca a vibração das ligações químicas das moléculas, sendo as principais o estiramento e a deformação angular das ligações químicas. Devido a isso, é também chamada de espectroscopia vibracional, sendo seu modo mais usual na região do infravermelho médio, com comprimento de onda na ordem de 2.500 nm a 25.000 nm. Por simplicidade, normalmente se utiliza o recíproco do comprimento de onda (λ-1) em cm-1 de tal sorte que os espectros são adquiridos na região de 400 cm-1 a 4.000 cm-1. Porém, para estudos dos minerais de argila, é conveniente adquirir-se os espectros na região de 250 cm-1 a 4.000 cm-1.

Em uma aproximação muito útil, o modo de vibração das ligações químicas pode ser convenientemente modelado como um sistema massas-mola, onde a ligação química é a mola e os átomos ligados são as massas; dessa forma, quanto maior a energia da ligação química, maior será seu número de onda num espectro de infravermelho, enquanto que quanto maior a massa dos átomos ligados, menor será seu número de onda. Porém, a energia (número de onda) em que ocorrerá a vibração também depende da simetria da célula unitária, da simetria local de cada átomo na célula unitária e do grau de cristalinidade do mineral. Dessa forma, fica evidente o potencial dessa técnica em fornecer informações relevantes sobre os minerais de argilas, não somente quanto à sua identificação (Van der Marel; Beutelspacher, 1976), mas também em relação às substituições isomórficas, grau de cristalinidade, assim como propriedades superficiais e reações dos minerais com outras substâncias no ambiente (Russel; Fraser, 1994).

5.3 Material e Equipamentos

Almofariz e pistilo de ágata.

Dessecador com pentóxido de fósforo ou sílica gel.

Espátulas.

Espectrômetro na região do Infravermelho.

Estufa.

Pastilhador.

Prensa hidráulica com capacidade para, no mínimo, 10 Mg cm-2.

Suportes transparentes na região do infravermelho, tais como AgCl, CaF2, Ge, Si, Irtran 2, Irtran 4) ou cartões de polietileno, por exemplo, que absorvam no infravermelho e possuem bandas fora da região de interesse para argilominerais e outros minerais da fração argila.

5.4 Reagentes

Brometo de potássio (KBr) grau espectroscópico.

5.5 Procedimento

5.5.1 Preparo das amostras

A fração argila (< 0,002 mm) apresenta o tamanho de partículas ideal para a análise por espectroscopia vibracional, assim sendo, essa fração, obtida para os estudos de difratometria, é adequada para a análise espectroscópica. Da mesma forma, a remoção da matéria orgânica por oxidação com H2O2 ou NaBrO é recomendável quando essa se encontra em quantidades apreciáveis.

Alternativamente, em algumas situações é interessante a aquisição dos espectros em amostras orientadas, o que pode ser efetuado de forma similar às amostras orientadas para a análise por difração de raios-X, ou por sedimentação lenta a partir de suspensões aquosas a 0,5% a 1% p/v (Rouxhet et al., 1977), porém utilizando-se os suportes adequados para infravermelho (AgCl, CaF2, Ge, Si, Irtran 2, Irtran 4, cartões de polietileno).

5.5.2 Modo de reflectância difusa

Ajustar os parâmetros de aquisição, por exemplo: número de scans igual a 64; resolução igual a 4 cm-1; faixa espectral de 250 cm-1 a 4.000 cm-1.

Obter o espectro de fundo (background) de acordo com as especificações do equipamento em uso.

Acondicionar a amostra a ser analisada no porta-amostra sem compactá-la, sendo que a amostra deverá estar na forma de pó fino e homogêneo.

Adquirir o espectro.

Diluir a amostra em KBr (aproximadamente 1 mg de amostra para 100 mg de KBr) misturando ambos no almofariz de ágata durante um a cinco minutos.

Acondicionar a mistura a ser analisada ao porta-amostra sem compactá-la.

Adquirir o espectro.

5.5.3 Modo de transmitância

Ajustar os parâmetros de aquisição, por exemplo: número de scans igual a 16; resolução igual a 4 cm-1; faixa espectral de 250 cm-1 a 4.000 cm-1.

Diluir a amostra em KBr (aproximadamente 1 mg de amostra para 100 mg de KBr) misturando ambos no almofariz de ágata durante 1 a 5 minutos.

Preparar a pastilha de KBr com amostra, assim como um “branco” (somente KBr) no pastilhador, pressionando a mistura a 10 Mg cm-2 e mantendo essa pressão por, no mínimo, 5 minutos.

Obter o espectro de fundo (background) da pastilha “branco” de acordo com as especificações do equipamento em uso.

Adquirir o espectro da mistura KBr por amostra.

5.6 Observações

Tanto as amostras como o KBr empregado devem estar bem secos, e, assim, devem ir à estufa a 150 ºC até peso constante e, a seguir, serem mantidos em dessecadores. Uma boa prática é levar as pastilhas de KBr já preparadas para estufa a 150 ºC overnight antes da aquisição dos espectros, deixando-as esfriar em dessecadores com sílica gel ou pentóxido de fósforo.

No caso de amostras com tamanho de partícula maior do que 2 µm (0,002 mm), é necessário que elas sejam moídas antes da análise. Isso deve ser efetuado com cautela para evitar danos à estrutura do mineral, o que é conseguido moendo-se a amostra úmida com um líquido orgânico, inerte e volátil, tal como álcool isopropílico. Após moer a amostra, secar em estufa a 150 ºC, o que garante também a eliminação de qualquer resíduo do álcool isopropílico.

5.7 Referências

NOVOTNY, E. H. Estudos espectroscópicos e cromatográficos de substâncias húmicas de solos sob diferentes sistemas de preparo. 2002. 215 f. Tese (Doutorado em Ciências) – Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, SP.

RENDON, J. L.; SERNA, C. J. IR spectra of powder hematite: effects of particle size and shape. Clay Minerals, v. 16, n. 4, p. 375-382, 1981.

ROUXHET, P. G.; SAMUDACHEATA, N.; JACOBS, H.; ANTON, O. Attribution of the OH stretching bands of kaolinite. Clay Minerals, v. 12, n. 2, p. 171-179, 1977.

RUSSELL, J. D.; FRASER, A. R. Infrared methods. In: WILSON, M. J. (Ed.). Clay mineralogy: spectroscopic and chemical determinative methods. London: Chapman e Hall, 1994. p. 11-67.

VAN DER MAREL, H. W.; BEUTELSPACHER, H. Atlas of infrared spectroscopy of clay minerals and their admixtures. Amsterdam: Elsevier, 1976. 396 p.

— Capítulo 6 —
TÉCNICAS TERMOANALÍTICAS NA ANÁLISE MINERALÓGICA DO SOLO

Eder de Souza Martins

Murilo Gomes Torres

6.1 Introdução

As técnicas termoanalíticas constituem uma das ferramentas para a caracterização de fases mineralógicas existentes no solo (Fabris et al., 2009; Karathanasis; Harris, 1994). Nas últimas décadas, estas técnicas têm sido cada vez mais empregadas pela facilidade, rapidez e confiabilidade dos resultados (Plante et al., 2009).

A essência dessas técnicas é a observação da variação das propriedades físicas (massa, temperatura e calor de reação, volume) dos minerais presentes no solo em resposta à variação da temperatura sob condição de atmosfera controlada (Brown; Gallagher, 2008). Em 1887, Le Chatelier escreveu o primeiro trabalho sobre técnicas termoanalíticas aplicadas a estudos de argilominerais e mostrou que a desidratação desses minerais ocorre em determinadas faixas de temperatura.

As principais técnicas termoanalíticas aplicadas no estudo mineralógico são: Análise Termodiferencial (ATD), Análise Termogravimétrica (ATG) e Varredura Calorimétrica Diferencial (VCD) (Plante et al., 2009). Inúmeros trabalhos foram publicados nas décadas de 1930 e 1940 com a utilização da ATD na tentativa da quantificação de argilominerais (Grim; Rowland, 1944; Karathanasis; Harris, 1994; Smykatz-Kloss, 1974).

Com o passar do tempo, melhorias nas técnicas de análises termais foram ocorrendo, como a introdução de câmaras de baixa e alta pressão nas ATD e VCD e no aumento do desempenho das termobalanças na ATG. Na década de 1980, um grande salto foi dado na área de analisadores termais com a informatização no controle dos experimentos e aquisição de dados (Brown; Gallagher, 2008).

Nessas análises, as reações de desidroxilação são endotérmicas, enquanto que a maioria das reações de mudanças de fase isoquímicas (sem variação de massa) é exotérmica e representam (re)cristalização. Oxidação de material carbonoso (matéria orgânica, grafita) pode ser fortemente exotérmica em atmosfera oxidante, quando também pode ocorrer mudança do estado de oxidação com incorporação de oxigênio. O caso clássico é a oxidação do ferro bivalente de magnetita, que passa a Fe2O3. Exemplos mais comuns de reações endotérmicas são a da desidroxilação da gibbsita e da caulinita. As reações exotérmicas típicas podem ser exemplificadas pela transformação da metacaulinita (formada pela perda de OH da caulinita à temperatura de ~530 °C) em mullita a 940 °C.

6.2 Princípio

6.2.1 Análise termodiferencial (ATD)

Esta técnica consiste em medir a diferença de temperatura relativa (ΔT) entre um material termalmente inerte (geralmente alumina) e a amostra de interesse, durante o aquecimento. A curva de ATD registra essas diferenças na forma de picos, mostrando reações endotérmicas (picos com ΔT negativa) e exotérmicas (picos com ΔT positiva), conforme Figura 1. Uma reação que requer calor para se realizar denota uma reação endotérmica, formando uma curva com inflexão para baixo. Ao contrário, se liberar calor para se realizar, a reação será exotérmica e forma uma curva com inflexão para cima. As inflexões de um pico representam as temperaturas inicial e final do processo de reação térmica para uma determinada fase mineral.

A amostra de solo e o padrão são colocados no mesmo forno do analisador termodiferencial, onde são medidas a temperatura do forno e a ΔT entre a amostra e o padrão.

6.2.2 Análise termogravimétrica (ATG)

Baseia-se no acompanhamento da variação da massa da amostra em função da programação de temperatura, ou seja, a termobalança acoplada ao forno permite a pesagem contínua de uma amostra em função da temperatura na medida em que ela é aquecida ou resfriada (Figura 2). O registro da variação de massa em função da variação de temperatura produz curvas na forma de rampas, onde cada rampa representa a perda ou, raramente, ganho de massa de uma determinada reação.

6.2.3 Varredura calorimétrica diferencial (VCD)

A energia adicionada a uma amostra desconhecida e a um material de referência é medida em função da temperatura, enquanto as amostras são sujeitas a um programa de controle de temperatura. Há controle do fluxo de calor no forno durante o procedimento.

Na VCD clássica, a amostra e o padrão estão em fornos separados e cada um possui uma resistência de aquecimento e um sensor de temperatura. A VCD fornece informações de parâmetros termodinâmicos, como fluxo de calor, calor de reação e valores de entalpia (ΔH) para uma reação de desidroxilação ou transição isoquímica de fase.

6.3 Material e Equipamentos

6.3.1 ATG

Acetona ou álcool.

Almofariz (ou gral) de ágata.

Analisador termogravimétrico dotado de um forno que suporta temperaturas de até 1500 °C e com uma termobalança acoplada contendo prato que apresenta um porta-amostra composto por um cadinho de αAl2O3 e com sistema de resfriamento realizado por meio do fluxo de ar externo.

Peneira de malha de 0,053 mm.

6.3.2 ATG e VCD simultâneos

Acetona ou álcool.

Almofariz (ou gral) de ágata.

Analisador controlado por computador dotado de um forno que suporta temperaturas de até 1500 °C e possui uma termobalança acoplada com prato da balança que apresenta dois porta-amostras. O primeiro porta-amostra é para o acondicionamento da amostra de interesse e o segundo como padrão para a linha de base da VCD. Os pratos são constituídos de αAl2O3 e servem de padrão de calibração. Obs.: existe também um sistema de resfriamento com circulação de água para não haver superaquecimento em torno do forno, ou seja, para não haver um aumento de temperatura acima do estabelecido no experimento.

Peneira de malha de 0,053 mm.

6.4 Procedimento

6.4.1 Preparação da amostra

A amostra deve ser moída com tamanho equivalente ou menor que a fração silte (< 0,053 mm), evitando-se excesso de fricção com aquecimento. A moagem deve ser feita em almofariz (ou gral) de ágata ou em moinhos, sempre com adição de acetona ou álcool. Para o caso de uso de moinhos, efetuar moagem branda. Amostras na dimensão da fração argila não necessitam de moagem.

6.4.2 Análise no forno

Antes de ligar o módulo do forno, é necessário abrir os registros da água e do nitrogênio, pois o forno não pode ser ligado sem refrigeração.

Colocar o cadinho vazio na balança para tarar. Após, colocar o porta-amostra com a amostra e esperar a estabilização da balança para se iniciar o processo de análise térmica. Isso pode ser efetuado na balança do equipamento, ou numa balança externa, com registro da massa inicial, para inserção no programa (software).

Durante todo o processo de aquecimento da amostra, é injetado um gás inerte dentro do forno, geralmente nitrogênio, evitando assim reações de oxidação dentro do forno.

Ao terminar uma análise, deve-se esperar o arrefecimento até 30 °C para abrir o forno.

Durante a análise, não se deve encostar na bancada onde o módulo forno estiver apoiado, pois a balança pode sofrer vibrações mecânicas, modificando a curva de ATG e inutilizando os resultados. Assim, deve-se observar para cada equipamento a recomendação dos procedimentos específicos.

6.5 Interpretação das análises

O termograma mostra ΔT no eixo das ordenadas e a temperatura da amostra de referência no eixo das abscissas, em °C. Se uma reação requer calor para se realizar, esta será uma reação endotérmica, formando uma curva com inflexão para baixo. Ao contrário, se liberar calor para se realizar, a reação será exotérmica e forma uma curva com inflexão para cima (Figura 1). As inflexões de um pico representam as temperaturas inicial e final do processo de reação térmica, para uma determinada fase mineral.

A ATD compara a temperatura da amostra enquanto ambos (amostra e padrão) estão sendo aquecidos com a mesma taxa de calor. Quando nenhuma diferença de temperatura entre amostra e padrão é detectada, a ΔT é nula e as curvas são paralelas ao eixo das abscissas, indicando que não está ocorrendo reação térmica.

O termograma produzido pela ATG geralmente é representado pelos valores de massa no eixo das ordenadas (em % ou em valores absolutos) e da variação da temperatura do forno no eixo das abscissas. As curvas produzidas apresentam-se na forma de rampas. Cada rampa representa a perda, ou raramente ganho, de massa de uma determinada reação que caracteriza intervalos de perdas de massa. A avaliação do início e final das reações é melhor realizada por meio da primeira derivada da curva de massa (Figura 2).

A VCD e a ATD são semelhantes. Esta similaridade vem do fato que ambas medem os mesmos tipos de reações, utilizam a mesma terminologia (reação endotérmica e reação exotérmica), e comparam as propriedades termais da amostra com o padrão. Porém, a geometria dos equipamentos e as propriedades físicas medidas são distintas.

A VCD fornece informações de parâmetros termodinâmicos, como fluxo de calor, calor de reação e valores de entalpia (ΔH) para uma reação de desidroxilação ou transição isoquímica de fase.

O analisador termogravimétrico com dois pratos permite a aquisição de dados de ATG e VCD simultaneamente. O comportamento da VCD deve ser similar à primeira derivada da ATG. Por outro lado, as reações isoquímicas só podem ser verificadas por meio da VCD. Dessa forma, essas técnicas termais conjugadas apresentam vantagens pela complementaridade dos dados obtidos.

Os termogramas são resultados de variações de massa e de variações de calor. O eixo das ordenadas do lado esquerdo do gráfico corresponde à massa em porcentagem peso, o eixo do lado direito corresponde ao fluxo de energia térmica medido em milicalorias por segundo e no eixo das abscissas tem-se o valor da temperatura, em graus centígrados.

6.6 Padrão dos minerais

6.6.1 Óxidos

O grupo dos espinélios, do qual a magnetita é um importante constituinte, apresenta duas fortes reações exotérmicas, em 380 °C e 580 °C (Tabela 1). Uma fraca reação endotérmica pode ser observada a 680 °C.

A reação endotérmica da hematita possui uma ampla deflexão entre 400 oC e 700 °C, com pequeno pico endotérmico em 675 °C. A maioria dos autores afirma que na hematita é observado somente um pequeno pico endotérmico em 675-680 °C.

Tabela 1. Dados de intervalos de reações térmicas para alguns óxidos, em °C.

Mineral

Fórmula

Reações endotérmicas (ΔT)

Reações exotérmicas (ΔT)

Hematita

α-Fe2O3

675 (0,1-0,3)

Maghemita

γ-Fe2O3

640 (0,2)

Magnetita

FeO.Fe2O3

450-590 (0,1-0,3)

300-450; 480-700 muito forte

Pirolusita

β-MnO2

690

Hausmanita

MnMn2O4

750(0,2)

6.6.2 Hidróxidos

Os hidróxidos de alumínio podem ser bem diferenciados por análises térmicas (Tabela 2).

Tabela 2. Dados térmicos de alguns hidróxidos, em °C.

Mineral

Fórmula

Reações endotérmicas

(ΔT)

Reações exotérmicas

(ΔT)

Goethita

α-FeOOH

372 (5,4)

Al-goethita

α-(Fe,Al)OOH

411 (3,4)

Lepidocrocita

γ-FeOOH

345 (4,6)

470 (4,6)

Gibbsita

γ-Al(OH)3

250, 270 a 300

Boehmita

γ-AlOOH

545 (6,3)

Diásporo

α-AlOOH

572 (6,2)

Bayerita

α-Al(OH)3

325 (11)

Manganita

γ-MnOOH

370 (4,4)

6.6.3 Filossilicatos comuns em solos

A semiquantificação destes argilominerais (minerais do grupo da caulinita, minerais de estrutura do tipo 2:1 e interestratificados) não é possível apenas por técnicas termoanalíticas, pois minerais como a illita e glauconita possuem posições de reações endotérmicas semelhantes, além da desordem estrutural dessas fases minerais e variação da composição. O conhecimento prévio da mineralogia da amostra é de muita importância para posterior quantificação por VCD e/ou ATG.

6.6.4 Minerais do grupo da caulinita

As reações endotérmicas para este grupo de minerais por varredura calorimétrica diferencial mostram forte deflexão endotérmica entre 530 oC e 700 °C, devido à desidratação e à decomposição da estrutura, e uma deflexão exotérmica entre
940 °C e 1.000 °C, refletindo a cristalização da mullita.

O mineral halloysita, Al2[(OH)4Si2O5].2H2O, é caracterizado por uma reação endotérmica adicional entre 110 oC e 130 °C. Este pico é causado pela evaporação da água que ocupa o espaço interplanar.

A temperatura de desidratação dos minerais do grupo da caulinita depende fortemente do grau de ordem da estrutura (Tabela 3). As caulinitas que ocorrem nos solos geralmente sofrem essa desidratação em temperatura menor que 550 °C.

Tabela 3. Dados térmicos de minerais do grupo de caulinitas oriundas de algumas regiões, em °C.

Mineral

Localidade da amostra

Reações endotérmicas (ΔT)

Reações exotérmicas (ΔT)

Caulinita

Novo México

580 (3,2)

983 (2,1)

Caulinita

Arkansas

578 (6,1)

983 (2,0)

Caulinita

Carolina do Sul

575 (4,1)

970 (1,5)

Caulinita

Georgia

569 (4,0)

994 (1,2)

Halloysita

Argélia

555 (6,2)

990 (0,8)

Halloysita

Lawrence

543 (3,7)

975 (1,0)

Dickita

México

708 (4,6)

999 (2,5)

6.6.5 Esmectitas e vermiculitas

A maioria das vermiculitas é tri-octaédrica, o que significa que as posições centrais da camada octaedral são ocupadas por íons divalentes, principalmente Mg2+. A desidratação e a temperatura de decomposição das vermiculitas decrescem com o aumento de Fe3+ no mineral.

Os minerais do grupo das esmectitas são dioctaédricos e trioctaédricos. Nas esmectitas dioctaédricas, as posições centrais da camada octaedral são ocupadas principalmente por íons trivalentes como Fe3+ e Al3+. O mineral nontronita (rico em Fe3+) mostra baixa temperatura de desidratação e de decomposição, comparado com as Al-esmectitas.

As esmectitas trioctaédricas (hectorita, saponita e sauconita) são decompostas em elevadas temperaturas. Os picos exotérmicos ocorrem a temperaturas maiores que 840 °C. Estes picos refletem a recristalização de novas estruturas (mullita e óxidos), e é um bom critério para a diferenciação entre vermiculitas e esmectitas (Tabela 4). Estas últimas apresentam picos exotérmicos acima de 920 °C.

Tabela 4. Dados térmicos de argilominerais 2:1, em °C.

Mineral

Reações endotérmicas (ΔT)

Reações exotérmicas (ΔT)

Desidratação (H2O)

Desidratação (OH) e decomposição

Montmorillonita

135(3,0);197(1,4)

632(0,35); 653(0,35); 855(1,7)

986(0,3)

Montmorillonita

132(2,7); 190(1,3)

674(1,2); 880(0,6)

1000(0,3)

Montmorillonita

118(2,1)

702(1,5)

936(0,4)

Nontronita

110(2,15); 160(1,6)

470(1,5); 860(0,15)

950(0,25)

Nontronita

126(3,0); 188(1,5)

493(1,5)

Hectorita

155(2,0)

634(0,1);769(1,5)

1010(0,4)

Saponita

127(1,3); 204(1,6)

842(2,2)

985(0,2)

Vermiculita

95(0,3); 133(1,5); 240(0,3)

580(1,1); 818(0,15)

845(0,25)

Vermiculita

100(0,3); 151(1,1); 228(0,8); 263(0,5)

610(3,8)

865(0,6)

Vermiculita

115(0,3); 155(1,0); 271(0,4)

636(0,2); 658(0,2); 851(0,3)

878(0,15)

6.7 Referências

BROWN, M. E.; GALLAGHER, P. K. (Ed.). Handbook of thermal analysis and calorimetry. Amsterdam: Elsevier, 2008. v. 5.

ENGLER, P.; IYENGAR, S. S. Analysis of mineral samples using combined instrument TGA, ICP) procedures for phase quantification. American Mineralogist, v. 72, n. 7/8, p. 832-838, Jul. 1987.

FABRIS, J. D.; VIANA, J. H. M.; SCHAEFER, C. E. G. R.; WYPYCH, F.; STUCKI, J. W. Métodos físicos de análises em mineralogia do solo. In: MELO, V. de F.; ALLEONI, L. R. F. (Ed.). Química e mineralogia do solo. Viçosa, MG: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2009. v. 1, p. 609-661.

GRIM, R. E.; ROWLAND, R. A. Differential thermal analysis of clays and shales, a control and prospecting method. Journal of the American Ceramic Society, v. 27, n. 3, p. 65-76, Mar. 1944.

Karathanasis, A. D.; Harris, W. G. Quantitative thermal analysis of soil materials. In: AMONETTE, J. E.; ZELAZNY, L. W. (Ed.). Quantitative methods in soil mineralogy. Madison: Soil Science Society of America, 1994. p. 360-411.

LE CHATELIER, H. De l’action de la chaleur sur les argiles. Bulletin de la Société Francaise de Mineralogie et de Cristallographie, v. 10, p. 204-207, 1887.

PLANTE, A. F.; FERNÁNDEZ, J. M.; LEIFELD, J. Application of thermal analysis techniques in soil science. Geoderma, v. 153, n. 1/2, p. 1-10, Oct. 2009.

SMYKATZ-KLOSS, W. Differential thermal analysis: application and results in mineralogy. Berlin: Springer-Verlag, 1974. 185 p.

6.8 Literatura recomendada

HAINES, P. J.; READING, M.; WILBURN, F. W. Differential thermal analysis and differential scanning calorimetry. In: BROWN, M. E. (Ed.). Handbook of thermal analysis and calorimetry. Amsterdam: Elsevier Science, 1998. v. 1, p. 279-361.

KELLY, W. C. Application of DTA to identification of the natural hydrous ferric oxides. American Mineralogist, v. 41, p. 353-355, 1956.

MACKENZIE, R. C. Differential thermal analysis. London: Academic Press, 1970. v. 1.

MACKENZIE, R. C. Investigations on cold-precipitated ferric oxide and its origin in clays. In: FREDERICKSON, A. F.; ROBIE, E. H. (Ed.). Problems of clay and laterites genesis. New York: American Institute of Mining Metallurgical, and Petroleum Engineers, 1952. p. 65-75.

MARTINS, E. de S. Método integrado de caracterização mineralógica de solos profundamente intemperizados. Planaltina, DF: Embrapa Cerrados, 2000. 5 p. (Embrapa Cerrados. Comunicado técnico, 37).

ORCEL, J.; CAILLÈRE, S. L’analyse thermique différentielle des argiles à montmorillonite (bentonite). Comptes Rendus, p. 774-777, 1933.

PETERS, T. Differentialthermoanalyse von Vesuvian. Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen, v. 41, p. 325-334, 1961.

THIEL, R. Zum system α-FeOOH - α-AlOOH. Zeitschrift Für Anorganische und Allgemeine Chemie, v. 326, n. 1/2, p. 70-78, Dec. 1963.

6.9 Anexos

Figura 1. Exemplo de reações endotérmicas e exotérmicas em termograma termodiferencial.

Figura 2. Exemplo de reações de perda de massa em termograma termogravimétrico. No primeiro eixo das ordenadas, podem ser observadas as variações de massa em porcentagem do total (TGA %), e o segundo é referente à primeira derivada da curva de variação de massa [DrTGA (mg min-1)]. As reações de perda de massa são evidenciadas por derivadas com valores negativos.

— Capítulo 7 —
AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DE MINERAIS CRISTALINOS DE SOLOS PELO MÉTODO DE RIETVELD

Marcelo Metri Corrêa

José Coelho de Araújo Filho

Maurício Paulo Ferreira Fontes

7.1 Introdução

O método de Rietveld foi especialmente desenvolvido para refinamento estrutural de minerais por meio de dados de difração de nêutrons (Rietveld, 1969). A possibilidade de seu uso com dados de DRX é descrita desde 1969, o que resultou num crescimento de sua aplicação (Young et al., 1977), tornando-o um dos métodos mais utilizados no estudo de estruturas cristalinas naturais e sintéticas. Hill e Howard (1987) demonstraram seu potencial na determinação da quantidade relativa de diferentes fases (denominação dada para minerais) em uma amostra polifásica.

A aplicação na ciência do solo é relativamente escassa e foi iniciada por Jackman et al. (1997) em argilominerais. Posteriormente, Weidler et al. (1998) demonstraram que a composição mineralógica e química de solos pode ser determinada quantitativamente por meio do método de Rietveld.

Faz-se necessário destacar que na aplicação do método de Rietveld são utilizados softwares que têm como principal finalidade o refinamento de parâmetros estruturais dos minerais que compõem a amostra. Para isso, torna-se fundamental o conhecimento de cristalografia estrutural e da DRX a partir de amostras não orientadas na forma de pó.

7.2 Princípio

O método de Rietveld é um procedimento estatístico que procura minimizar a soma dos quadrados das diferenças entre as intensidades observada e calculada a cada intervalo 2 θ em um espectro de difração de raios-X digitalizado. A estratégia de refinamento adotada deverá garantir que o espectro calculado se ajuste o melhor possível em relação ao espectro observado, o que dependerá de fatores como preparo da amostra, configuração do aparelho, escolha de programa (software), do modelo inicial e da estratégia de refinamento.

7.3 Material e Equipamentos

Almofariz de ágata.

Espátula de laboratório.

Difratômetro de Raio-X.

Peneira de 0,053 mm de malha.

Papel rugoso tipo ofício de papelaria.

Softwares específicos para refinamento estrutural de fases cristalinas.

7.4 Procedimento

7.4.1 Preparo da amostra

Inicialmente, fazer a separação da fração de interesse (areia, silte ou argila) conforme descrito no Capítulo 1 (“Separação das Frações Granulométricas do Solo para Análises Mineralógicas”). Em parte da fração argila, fazer a remoção dos óxidos de Fe (item 3.5.4.2) ou a concentração dos óxidos de Fe (item 4.2.4).

Para as análises quantitativas na fração argila, os espectros de DRX devem ser obtidos em amostras não orientadas, na forma de pó. De acordo com Bish e Reynolds Junior (1989), o adequado preparo da amostra deverá ter as seguintes características: tamanho de partícula inferior a 10 µm; ocupar uma área idêntica à área exigida pelo feixe de raios-X do instrumento; e espessura constante e suficiente para que seja considerada “infinitamente espessa”. Além disso, deverá também garantir que não haja o mínimo de orientação preferencial para qualquer plano atômico de qualquer fase mineral da mistura. Nessa etapa, uma atenção especial deverá ser dispensada na montagem da amostra de solos que contenham minerais com forma planar (Ex. filossilicatos). Para tal, utilizar papel rugoso ou outros procedimentos que não promovam a orientação das partículas.

A amostra deve ser macerada cuidadosamente em almofariz de ágata até que não haja mudança de coloração, passada em peneira de 0,053 mm e distribuída na cavidade do porta-amostra de forma homogênea e levemente prensada com uma espátula reta para garantir a aderência da amostra no porta-amostra. Nessa última etapa, deverá ser colocado um papel rugoso entre a amostra e a espátula, o qual minimizará a orientação das partículas na superfície da amostra.

Maiores detalhes do procedimento de confecção da amostra poderão ser obtidos em Amonette e Zelazny (1994).

7.4.2 Configuração do aparelho

Os espectros de DRX deverão ser acurados e de boa qualidade. O difratômetro deverá escanear a amostra em varredura passo a passo para a obtenção de dados em intervalos constantes do goniômetro. Deve ser adicionado à amostra um padrão interno, na forma de um mineral de alta cristalinidade, como halita.

O tempo e o incremento de aquisição da intensidade, para cada passo do goniômetro, também são fatores que interferem na acurácia do resultado. Recomenda-se tempo de varredura superior a 3 segundos para passo igual ou inferior a 0,02 º 2θ.

7.4.3 Escolha do software

Alguns softwares de domínio público que utilizam o método de Rietveld para refinamento estrutural de fases cristalinas e seus respectivos endereços eletrônicos estão listados em seguida.

PowderCell for Windows – disponível em: ftp://ftp.bam.de/Powder_Cell/

LHPM Rietica – disponível em: http://www.rietica.org/index.html

GSAS – disponível em: http://www.ncnr.nist.gov/programs/crystallography/software/gsas.html

Entre os softwares listados, recomenda-se o uso do LHPM Rietica em função da sua praticidade. Entretanto, é importante realizar testes comparativos entre softwares para decidir o que melhor se adapta à realidade financeira e do trabalho de cada laboratório.

7.4.4 Inclusão das fases mineralógicas (modelo inicial)

Fazer um escaneamento prévio para obtenção do espectro de DRX para identificação dos diferentes minerais que compõem a amostra (fração do solo que está sendo estudada). Obs.: a modelagem inicia com uma identificação dos componentes da amostra, por exemplo, se há hematita, gibbsita, caulinita.

Observar outras características, como a existência de deslocamentos de picos, para verificar se os modelos iniciais incorporados ao software (grupo especial, parâmetros da cela unitária, posicionamento dos átomos, fator ocupação dos átomos, etc.) estão próximos da estrutura cristalina real do mineral presente na amostra (Figura 1). Obs.: esses deslocamentos são comuns nos óxidos de ferro de solos de ambientes tropicais, onde o alumínio pode substituir o ferro na estrutura octaédrica em até 13% e 33% para hematitas e goethitas, respectivamente.

As inclusões das fases minerais deve ser realizada nos campos apropriados do software e com especial atenção no posicionamento atômico.

Os modelos iniciais podem ser obtidos nos seguintes sites:

Crystallography Open Database. Disponível em: http://www.crystallography.net/

Mincryst. Disponível em: http://database.iem.ac.ru/mincryst/index.php

American Mineralogist. Disponível em: http://www.minsocam.org/MSA/Crystal_Database.html

WebMineral. Disponível em: http://www.webmineral.com/

7.4.5 Estratégia para o refinamento

O software escolhido utilizará cálculos numéricos iterativos para encontrar os valores com o menor resíduo (Ry) (Equação 1) das diferenças entre as intensidades dos reflexos dos minerais da amostra e dos modelos.

(Equação 1)

Em que:

Ry – menor resíduo das diferenças entre as intensidades dos reflexos dos minerais.

wi – peso determinado de cada intensidade.

yi(o) – intensidades observada.

yi(c) – intensidade calculada que corresponde à soma das contribuições da linha de base e de todos os reflexos de Bragg vizinhos.

Iniciar o refinamento pelo software por meio do ajuste dos parâmetros de maior interferência no ajuste do espectro calculado, tais como linha de base (ou radiação de fundo), zero (instrumental) e fator de escala das diferentes fases minerais. Posteriormente, refinar os parâmetros de forma, largura e assimetria dos reflexos de Bragg, parâmetros da cela unitária (distâncias e ângulos) e, finalmente, as posições atômicas. O refinamento das posições atômicas deve iniciar pelos cátions de maior massa atômica (McCUSKER et al., 1999).

Seguir a seguinte ordem para o refinamento: zero; fator de escala das fases minerais; linha de base; parâmetros que definem a forma; largura e assimetria dos reflexos de Bragg; parâmetros cristalográficos da cela unitária; e o posicionamento atômico.

7.4.5.1 Zero instrumental

Utilizar um padrão interno de alta cristalinidade descrito no item 7.4.2 para refinar o zero instrumental (Figura 2A). Dessa forma, serão minimizados possíveis erros decorrentes da utilização de picos de referência que naturalmente são deslocados devido à natureza da amostra (caso substituição isomórfica de ferro por alumínio em goethitas e hematitas).

Caso não haja uma sobreposição dos espectros calculado e observado, realizar o ajuste (Figura 2B) até verificar uma sobreposição satisfatória dos espectros. Para facilitar esse ajuste, sugere-se que o fator de escala também esteja no modo de ajuste iterativo. Essa correção refere-se ao deslocamento devido à má calibração do aparelho de DRX, sendo descrito como erro instrumental.

7.4.5.2 Radiação de fundo (linha de base ou ruído)

Modelar a linha de base preferencialmente por meio de equações polinomiais de alta ordem (Figura 3A). O parâmetro inicial que define o intercepto no eixo “y” (intensidade; B0) deverá ser obtido inicialmente de forma visual no espectro. Em seguida, solicitar ao programa o ajuste matemático iterativo.

Em algumas situações, para facilitar o ajuste da linha basal, faz-se necessário eliminar da simulação parte do espectro (Figuras 3A e 3B). Assim, no exemplo da Figura 3, procedeu-se a eliminação da faixa do espectro de DRX entre 5 °2θ e 9 °2θ devido à sua assimetria em relação à linha de base. Em seguida, solicitou-se o ajuste do parâmetro B1 da equação polinomial.

7.4.5.3 Forma dos reflexos de Bragg

Modelar as formas dos reflexos de Bragg do espectro de DRX utilizando as funções Pseudo-Voigt e Pearson VII. Ambos os modelos podem ser utilizados no refinamento de Rietveld, entretanto o primeiro apresenta a vantagem de menor complexidade de cálculos (Young; Wiles, 1982). Tais funções são uma combinação linear das equações de Lorentzian e Gaussian ponderadas pelo parâmetro γ (Equação 2), que varia de 0 a 1 (Pseudo-Voigt) ou de 1 a ∞ (Pearson VII) (Hunter; Howard, 2000).

(Equação 2)

Em que:

γ1, γ2 e γ3 – parâmetros refináveis a partir do software (γ3 não é utilizado em Pearson VII).

ϴ – ângulo de Bragg obtido no espectro de DRX.

Obter a largura a meia altura (Hhkl) (Equação 3), que é outra variável comum, para ambos os modelos (Caglioti et al., 1958).

(Equação 3)

Em que:

U, V e W – parâmetros refináveis a partir do software, de acordo com Hunter e Howard (2000).

ϴ – ângulo de Bragg obtido no espectro de DRX.

Iniciar o refinamento pelo parâmetro da equação de Caglioti que independe do ângulo (W) e em seguida os demais (U e V).

Posteriormente, refinar o parâmetro γ, que define a tendência Gaussiana ou Lorentziana dos reflexos de todo o espectro de DRX (Figura 4).

Em situações quando o fator g (Equação 2) assumir valores superiores a 1 (um) após o refinamento, reiniciar o refinamento acrescentando mais uma fase do mesmo mineral, uma vez que a amostra pode conter uma distribuição bimodal do tamanho do cristalito da fase mineral em questão (Young; Sakthivel, 1988).

Para modelagem de reflexos de Bragg assimétricos, ajustar o parâmetro “Asy1” (Figura 4). Essa assimetria é muito comum em reflexos referentes ao plano (001) da caulinita.

Recomenda-se não modelar grande número de parâmetros nessa etapa do refinamento. Ajustar apenas aqueles relacionados com a forma dos reflexos de Bragg, descritos nas equações 2 e 3.

7.4.5.4 Orientação preferencial

Realizar o ajuste da função de orientação preferencial apenas para os minerais que apresentem hábito planar (Ex. caulinita) e, ou que possuam clivagem. Os valores ideais são sempre aqueles próximos a 1 (um). Para os óxidos, o valor deve ser mantido em 1 (um) (Figura 4).

7.4.5.5 Parâmetros da cela unitária e posicionamento dos átomos

Inicialmente, realizar o refinamento por meio dos parâmetros cristalográficos relacionados com as distâncias da cela unitária e, posteriormente, os ângulos (Figura 5).

Evitar o ajuste desses parâmetros de minerais pouco expressivos na amostra.

Iniciar o ajuste das posições atômicas pelos cátions de maior massa atômica (McCUSKER et al., 1999). Evitar ajustar o oxigênio e nunca ajustar as posições do hidrogênio em espectros de DRX.

Ao finalizar o refinamento dos parâmetros da cela unitária, é sempre conveniente realizar um novo ajuste dos parâmetros já refinados. Portanto, fazer uma revisão total do refinamento, tendo o cuidado de verificar em todos os passos dessa etapa se os novos parâmetros obtidos resultam em menores índices R (item 7.5) e se apresentam significado cristalográfico.

7.5 Avaliação do refinamento

Avaliar a qualidade final do refinamento (que também pode ser utilizada como indicador para cada iteração) e se o refinamento está sendo conduzido de modo satisfatório por meio da visualização da linha de diferença da difração calculada e a observada (Figura 6); verificar o significado cristalográfico do modelo estrutural obtido; e visualizar os índices R (Rwp e Rexp). De acordo com McCusker et al. (1999), os índices R são indicadores úteis para avaliação do refinamento e são recalculados pelo software a cada iteração.

O Rwp deverá sempre ser reduzido durante o refinamento e, ao final, não deverá apresentar grandes variações no seu valor após cada iteração, indicando assim que o refinamento foi finalizado. Obs.: o aumento no valor Rwp após uma iteração sugere que algum(s) parâmetro(s) que está(ão) sendo refinado(s) está(ão) divergindo do valor verdadeiro. Ocorrendo isso, o refinamento deve ser interrompido para uma análise mais minuciosa dos parâmetros refinados.

Utilizar o Rexp que reflete a qualidade dos dados (McCUSKER et al. 1999).

Utilizar o índice de qualidade de ajuste χ2, que é a relação entre o Rwp e Rexp, conforme sugerido ou utilizado por vários autores (Hunter; Howard, 2000; Jones et al., 2000; McCusker et al., 1999). Nesse caso, se os dados são coletados com qualidade (alta contagem) o Rexp apresenta-se muito pequeno e χ2 é maior que 1 para toda a estrutura refinada. Contrariamente, caso o espectro seja obtido rapidamente (baixa contagem), tem-se baixos valores de χ2 (McCusker et al., 1999).

7.6 Avaliação quantitativa

Após ajustar os parâmetros para obtenção do espectro calculado o mais semelhante possível ao espectro observado, o software procede automaticamente a análise quantitativa das fases minerais cristalinas em amostras multifásicas pela equação 4 (Hunter; Howard, 2000).

(Equação 4)

Em que:

W – peso relativo de uma dada fase “p” em uma mistura de “n” fases.

S – fator de escala de Rietveld.

Z – número de unidades de fórmula por cela unitária.

M – massa da unidade de fórmula, em unidade de massa atômica.

V – volume da cela unitária.

“p” – valor de uma fase particular “i” para “n” fases presentes.

Na Figura 6 (concentrado de óxidos), como exemplo, o software LHPM Rietica utilizou a equação 4 para estimar a quantidade dos minerais na amostra. Utilizando 5,2% de halita como padrão interno. As quantidades determinadas em porcentagem de massa foram: halita (6,6%); anatásio (11%); goethita (56,63%); hematita (21,07%); quartzo (1,25%) e rutilo (3,45%). O valor estimado da halita deve ser distribuído de forma ponderada para as outras fases minerais da amostra.

7.7 Observações

É importante ressaltar que o preparo da amostra é um momento decisivo, pois pode influenciar significativamente na intensidade das difrações que constituem a base para as análises quantitativas. Fatores como a homogeneidade da amostra, concentração das fases cristalinas, tamanho de partículas e seu grau de floculação (empacotamento), perfeição e orientação dos cristais, composição química e a presença de fases não cristalinas podem influenciar substancialmente nas intensidades da DRX (Moore; Reynolds Junior, 1997).

Ressalta-se que a utilização da peneira de 0,053 mm não garante o tamanho de partícula adequado (menor que 10 µm). Contudo, quando se tratar de amostras de argila, o tamanho naturalmente será menor que 2 µm.

A determinação quantitativa de minerais do solo normalmente é feita por meio do uso de métodos de alocação química em conjunto com a difratometria de raios-X (DRX). Porém, existe uma grande dificuldade de se identificar os minerais com base na sua composição química, uma vez que esta, embora fixa, pode apresentar pequenas variações para um mineral específico.

De modo geral, os métodos de análises quantitativas por meio da DRX se baseiam no estudo do espectro ou parte do mesmo (um ou grupo de reflexos), com e sem uso de um padrão interno ou externo (Brindley, 1980; KAHLE et al., 2002). Entretanto, aqueles que usam características de um único reflexo de referência, tendo como base a sua intensidade e área, podem gerar grandes erros. Isso se deve, muitas vezes, ao fato de que os reflexos mais expressivos podem apresentar interferência de reflexos de outros minerais da amostra em análise. Essa dificuldade pode ser contornada utilizando-se reflexos com menos interferência e menos intensos, mas, por outro lado, isso dificulta a correta quantificação, principalmente quando o conteúdo do(s) mineral(is) em análise é baixo. Assim, o ajuste total do difratograma mostra-se ser um dos mais promissores no estudo morfológico e quantitativo de argilominerais.

Para melhor compreensão e utilização do método de Rietveld, recomenda-se a leitura complementar de outros textos, como Amonette e Zelazny (1994), McCusker et al. (1999) e Young (1993). Revisão sobre os aspectos conceituais e teóricos da utilização do método na determinação quantitativa de minerais do solo pode ser consultada em Fontes (2005). Em solos brasileiros, sua utilização é ainda incipiente, mas alguns exemplos são encontrados na literatura como Alves et al. (2007, 2008), Corrêa et al. (2008a, 2008b) e Fontes et al. (2003, 2004).

7.8 Referências

ALVES, M. E.; MASCARENHAS, Y. P.; FRENCH, D. H.; VAZ, C. M. P. Rietveld-based mineralogical quantitation of deferrified oxisol clays. Australian Journal of Soil Research, v. 45, n. 3, p. 224-232, 2007.

ALVES, M. E.; MASCARENHAS, Y. P.; VAZ, C. M. P. Comparação de procedimentos de quantificação de caulinita e de gibbsita na fração argila desferrificada de latossolos. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 32, n. 2, p. 569-577, 2008.

Amonette, J. E.; Zelazny, L. W. (ed.). Quantitative methods in soil mineralogy: proceedings of a symposium sponsored by Division S-9 of the Soil Science Society of America: the symposium was held in San Antonio, Texas on October 23-24, 1990. Madison: Soil Science Society of America, 1994. 462 p.

BISH, D. L.; REYNOLDS Junior, R. C. Sample preparation for x-ray diffraction. In: Bish, D. L.; Post, J. E. (Ed.). Modern powder diffraction. 2nd ed. Washington, DC: Mineralogical Society of America, 1989. p. 73-97. (reviews in mineralogy, v. 20).

BRINDLEY, G. W. Quantitative x-ray mineral analysis of clay. In: BRINDLEY, G. W.; BROWN, G. (Ed.). Crystal structures of clay minerals and their x-ray identification. London: Mineralogical Society, 1980. p 438-441.

CAGLIOTI, G.; PAOLETTI, A.; RICCI, F. P. Choice of collimators for a crystal spectrometer for neutron diffraction. Nuclear Instrumentation, v. 3, n. 4, p. 223-228, 1958.

CORRÊA, M. M.; KER, J. K.; BARRÓN, V.; FONTES, M. P. F.; TORRENT, J.; CURI, N. Caracterização de óxidos de ferro de solos do ambiente Tabuleiros Costeiros. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 32, n. 5, p. 1017-1031, 2008a.

CORRÊA, M. M.; KER, J. K.; BARRÓN, V.; TORRENT, J.; FONTES, M. P. F.; CURI, N. Propriedades cristalográficas de caulinitas de solos do ambiente tabuleiros costeiros, Amazônia e Recôncavo Baiano. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 32, n. 5, p. 1857-1872, 2008b.

FONTES, M. P. F. Aplicação do método de Rietveld na determinação quantitativa de minerais de solos brasileiros. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 30., 2005, Recife. Anais... Viçosa, MG: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2005. 1 CD-ROM.

FONTES, M. P. F.; STANJEK, H.; SCHWERTMANN, U. Analytical instrumentation: rietveld analysis of ferrimagnetic minerals from different parent materials in tropical soils. In: Pecchio, M.; Andrade, F. R. D.; D’Agostino, L. Z.; Khan, H.; Sant’Agostino, L. M.; Tassinari, M. M. M. L. (Org.). Applied mineralogy: developments in science and technology. São Paulo, SP: ICAM, 2004. v. 1, p. 107-111.

FONTES, M. P. F.; STANJEK, H.; SCHWERTMANN, U. Minerais ferrimagnéticos em solos brasileiros: estudo de suas características pela análise de refinamento de estruturas cristalinas de Rietveld. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 29., 2003, Ribeirão Preto. Anais... Viçosa, MG: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2003. 1 CD-ROM.

HILL, R. J.; HOWARD, C. J. Quantitative phase analysis from neutron powder diffraction data using the Rietveld method. Journal of Applied Crystallography, v. 20, p. 467-474, 1987.

HUNTER, B. A.; HOWARD, C. J. LHPM: a computer program for Rietveld analysis of x-ray and neutron powder diffraction patterns. Menai: Australian Nuclear Science and Technology Organization: Lucas Heights Research Laboratories, 2000. 27 p.

JACKMAN, J. M.; JONES, R. C.; YOST, R. S.; BABCOCK, C. J. Rietveld estimates of mineral percentages to predict phosphate sorption by selected hawaiian soils. Soil Science Society of America Journal, v. 61, n. 2, p. 618-625, 1997.

JONES, R. C.; BABCOCK, C. J.; KNOWLTON, W. B. Estimation of the total amorphous content of hawai´i soils by the Rietveld method. Soil Science Society of America Journal, v. 64, n. 3, p. 1100-1108, 2000.

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McCUSKER, L. B.; VON DREELE, R. B.; COX, D. E.; LOUE, D.; SCARDI, P. Rietveld refinement guidelines. Journal of Applied Crystallography, v. 32, p. 36-50, 1999.

MOORE, D. M.; REYNOLDS JUNIOR, R. C. X-ray diffraction and the identification and analysis of clay minerals. 2nd ed. Oxford: Oxford University Press, 1997. 378 p.

RIETVELD, H. M. A profile refinament method for nuclear and magnetic structures. Journal of Applied Crystallography, v. 2, p. 65-71, 1969.

WEIDLER, P. G.; LUSTER, J.; SCHNEIDER, J.; STICHER, H.; GEHRING, A. U. The Rietveld method applied to the quantitative mineralogical and chemical analysis of a ferralitic soil. European Journal of Soil Science, v. 49, n. 1, p. 95-105, 1998.

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YOUNG, R. A.; SAKTHIVEL, A. Bimodal distribution of profile-broadening effects in Rietveld refinement. Journal of Applied Crystallography, v. 21, p. 416-425, 1988.

YOUNG, R. A.; WILES, D. B. Profile shape functions in Rietveld refinements. Journal of Applied Crystallography, v. 15, p. 430-438, 1982.

YOUNG, R. A. (Ed.). The Rietveld method. Oxford: Oxford University Press, 1993. 298 p. (International Union of Crystallography monographs on chrystallography, 5).

7.9 Anexos

Para amostras contendo goethitas com alta substituição isomórfica, pode ser utilizado, por exemplo, o modelo a seguir: classe de simetria (ortorômbico); grupo espacial (Pbnm); parâmetros da cela unitária (a = 4,5929 Å; b = 9,8480 Å; c = 2,9887 Å) e as seguintes posições atômicas e fatores de ocupação (Quadro 1).

Quadro 1. Posições atômicas e fatores de ocupação dos elementos que compõem uma goethita com 0,20 mol mol-1 de substituição isomórfica do Fe por Al.

N/N

x/a

y/b

z/c

B(j)

Ocupação

1

-0,0481

0,1462

0,2500

0,7200

Fe=0,80, Al=0,20

2

0,2902

-0,2011

0,2500

0,2100

O

3

-0,1920

-0,0509

0,2500

1,4700

O

Fonte: http://database.iem.ac.ru/mincryst/s_carta.php?GOETHITE+1777. x/a, y/b, e z/c, posições atômicas nos eixos cristalográficos x, y e z; B(j), parâmetro termal.

Figura 1. Esquema para inclusão e avaliação quantitativa de fases cristalinas no software em amostra de argilas, utilizando a halita como padrão interno.

Figura 2. Exemplo de ajuste do zero instrumental no software em que foi utilizado o reflexo de Bragg referente ao plano (200) da halita (padrão interno), utilizando aparelho SIEMMENS D-5000 com radiação CoKα nas fases: anatásio, goethita, hematita, quartzo, rutilo e halita (padrão interno). (A) antes da realização do ajuste do zero; (B) após a realização do ajuste do zero utilizando como referência o reflexo de Bragg da halita (padrão interno). Linha vermelha representa o espectro calculado; cruzes, o espectro observado; e a linha verde, a diferença entre o calculado e observado. Obs.: para facilitar o ajuste da linha basal, foi inserido o valor inicial de 2.700 para o parâmetro “B0” (2B), obtido visualmente.

Figura 3. Ajuste da Linha de base (radiação de fundo) no software. (A) eliminação dos dados do espectro entre 5 e 9 °2θ, devido a sua forte assimetria em relação à linha de base a partir de 14 °2θ e solicitação do refinamento iterativo da linha de base, iniciando com o valor de 600 para o parâmetro “B0”; (B) valores iniciais obtidos após o refinamento. Linha vermelha representa o espectro calculado; cruzes, o espectro observado; e a linha verde, a diferença entre o calculado e observado.

Figura 4. Ajuste no software dos parâmetros relacionados com a forma dos reflexos de Bragg em amostra de concentrado de óxidos obtido por meio de digestão alcalina de argila de Argissolo Amarelo. Linha vermelha representa o espectro calculado; cruzes, o espectro observado; e a linha verde, a diferença entre o calculado e observado. Aparelho SIEMMENS D-5000 com radiação CoKα. Fases: anatásio, goethita, hematita, quartzo, rutilo e halita (padrão interno). A – sem ajuste dos parâmetros; B – parâmetros ajustados.

Figura 5. Ajuste no software dos parâmetros da cela unitária e posições atômicas da fase goethita em amostra de concentrado de óxidos obtido por meio de digestão alcalina de argila de Argissolo Amarelo. Linha vermelha representa o espectro calculado; cruzes, o espectro observado; e a linha verde, a diferença entre o calculado e observado. Aparelho SIEMMENS D-5000 com radiação CoKα. Fases: anatásio, goethita, hematita, quartzo, rutilo e halita (padrão interno).

Figura 6. Ajuste no software do espectro calculado ao observado em amostra de concentrado de óxidos obtido por meio de digestão alcalina de argila de Argissolo Amarelo. Linha vermelha representa o espectro calculado; cruzes, o espectro observado; e a linha verde, a diferença entre o calculado e observado. Aparelho SIEMMENS D-5000 com radiação CoKα. Fases: anatásio, goethita, hematita, quartzo, rutilo e halita (padrão interno). Os valores R obtidos na análise quantitativa observada nesta figura foram: 5,87 (Rp), 7,55 (Rwp) e 1,61 (Rexp).

Parte V
Análises Micromorfológicas

— Capítulo 1 —
MICROMORFOLOGIA DO SOLO

Miguel Cooper

Selma Simões de Castro

Maurício Rizzato Coelho

1.1 Introdução

A micromorfologia do solo é o ramo da ciência do solo e da terra que descreve, mede e interpreta os componentes, as feições e as fábricas dos solos, dos saprolitos, dos sedimentos e dos artefatos pré-históricos/históricos na escala microscópica e submicroscópica (Bullock et al., 1985; Stoops, 2003). Contempla uma coleção de conceitos apoiados em ferramentas e técnicas que são utilizadas para obter informações específicas sobre os solos e que não podem ser obtidas diretamente por meio de outros métodos analíticos (Vepraskas; Wilson, 2008).

A micromorfologia do solo não deve ser considerada uma disciplina isolada e, sim, uma técnica complementar que, utilizada em conjunto com outras fontes de informação, pode fornecer dados sobre a formação, evolução e funcionamento dos solos. Os usuários atuais da micromorfologia são cientistas, como pedólogos, geólogos, geógrafos, geomorfólogos, geoquímicos, arqueólogos, quaternaristas e físicos de solo, entre outros, que necessitam das técnicas microscópicas para explorar os materiais de seus campos de interesse.

Assim, os objetivos fundamentais da micromorfologia de solos são (Castro et al., 2003): 1) identificar os constituintes dos solos nas suas diferentes frações; 2) definir as relações existentes entre esses constituintes (tipos de organização, hierarquia e cronologia das organizações); 3) formular hipóteses ou demonstrações acerca da dinâmica genética e evolutiva dos solos na tentativa de esclarecer as controvérsias sobre sua origem, evolução e comportamento.

A micromorfologia é atualmente uma técnica analítica bem estabelecida que fornece informações essenciais para qualquer disciplina da Ciência do Solo cujo foco de estudo sejam partículas, poros e organismos dos solos. Pode ser utilizada como uma ferramenta descritiva ou quantitativa. Nesse último caso, as descrições micromorfológicas são apoiadas por medições morfológicas, (geo)químicas ou mineralógicas. Até meados da década de 1980, a micromorfologia foi amplamente utilizada quase exclusivamente para estudos pedogenéticos, procurando elucidar problemas ligados aos processos de formação do solo. A partir de então, a técnica passou a ser utilizada em outras áreas da Ciência do Solo. Nesse sentido, Miedema (1997) fez uma ampla revisão sobre o tema, destacando sua utilização nos estudos de processos físicos, biológicos e de funcionamento resultante do uso e manejo dos solos, com ênfase nas questões relativas à sua estabilidade estrutural, ao seu funcionamento ecológico e ao seu funcionamento hídrico. O autor apresenta, além das técnicas de observação para cada um desses tipos de aplicações, os modelos de comportamento estrutural, físicos e ecológicos dos solos. Recentemente, Stoops (2009) fez, também, um balanço das principais contribuições da micromorfologia, sobretudo à Ciência do Solo, de 1938 até 2008. Portanto, cerca de 70 anos desde o seu surgimento.

O objetivo deste capítulo é apresentar alguns conceitos básicos e as técnicas de preparo de amostras utilizadas na micromorfologia do solo. Será dada ênfase à coleta de amostras e preparo de lâminas delgadas utilizadas na descrição de materiais de solos minerais. O preparo de materiais de solos orgânicos não será abordado neste capítulo e pode ser encontrado no trabalho de Fox e Parent (1993). Também não serão abordados os procedimentos de descrição de lâminas delgadas, os quais estão detalhadamente descritos nos trabalhos de Bullock et al. (1985), Castro et al. (2003), Castro (2008) e Stoops (2003).

1.2 Princípio

A análise micromorfológica dos solos corresponde a uma técnica de observação morfológica em escala micrométrica. Tal técnica requer amostras de material pedológico, adequadamente coletadas, previamente impregnadas, geralmente com resinas, finamente cortadas e coladas em lâminas delgadas similares às petrográficas, podendo ser produzidas também em tamanho médio (1,8 mm x 50 mm x 70 mm) ou “mamute” (1,8 mm x 90 mm x 130 mm).

Os materiais assim preparados são observados com auxílio de lupas e microscópios ópticos polarizadores do tipo usado em Petrografia, ambos preferencialmente binoculares, podendo ainda ser submetidos à microscopia eletrônica e microanálise (análise química pontual) após tratamentos adequados, desde que as lâminas não estejam recobertas por lamínulas, ou possam ser facilmente removidas.

Castro et al. (2003) e Castro (2008) ressaltam alguns pontos importantes para quem inicia seus estudos nessa técnica:

A lâmina contém uma porção minúscula de um material de dimensão espacial muito maior, o que requer uma amostragem criteriosa do que se pretende investigar.

Para que possa ser útil no esclarecimento das controvérsias pedológicas, é primordial que o material amostrado esteja com sua estrutura conservada, ou seja, não deformada pela coleta, além de corretamente situado quanto à sua orientação, profundidade, plano de amostragem, razão da coleta naquele ponto, etc.

Ao se trabalhar sobre lâminas delgadas, ou seja, sobre seções polidas, se está trabalhando bidimensionalmente, o que dificulta realizar cálculos volumétricos.

O limite da resolução do microscópio óptico (em geral até 1000X, mas idealmente até 600X) impõe restrições às observações de constituintes muito finos, como argilas, por exemplo, as quais podem ser observadas por meio de comportamento óptico de conjunto.

Com o avanço atual das teorias e métodos em Ciência do Solo, procura-se estudar o solo tal como ele é, numa perspectiva dinâmica no tempo. Com isso, o perfil de solo passou a ter significado não só vertical, mas também lateral na medida em que uma sucessão de perfis alinhados do topo até à base de uma encosta permite identificar tanto a distribuição de seus horizontes, como as relações genético-evolutivas e funcionais entre eles e, com isso, convalidar hipóteses que podem explicá-las.

Os níveis de organização/observação do solo estão embutidos uns nos outros e constituem unidades de medida que implicam ordens de grandeza extremas, variando do quilômetro (km) ao nanômetro (nm).

As organizações do solo podem ter sido identificadas em campo e, nesse caso, a micromorfologia permite dissecá-las; contudo, pode também ocorrer o caminho inverso: reveladas pela micromorfologia e, posteriormente, serem reconhecidas no campo, melhorando, com isso, a escala de observação e a interpretação dos resultados.

Não é recomendável realizar estudos micromorfológicos de solos em escalas de grande generalização cartográfica, os quais devem servir-se de outras técnicas de estudo em nível de paisagem, como levantamentos e mapas pedológicos, entre outros.

1.3 Material e Equipamentos

1.3.1 Coleta de amostras

Caixas de Kubiena (caixas confeccionadas com chapa de ferro galvanizado com duas tampas) ou de cartolina (12 cm x 7 cm x 4 cm).

Filme plástico.

Plástico bolha.

Faca.

Tesoura de poda.

Tesoura.

Espátula.

Fita métrica.

Caixa de madeira, plástico ou isopor.

Caneta tipo marcador permanente.

Caderneta de campo.

1.3.2 Remoção de água das amostras

(i) Secagem ao ar ou estufa

Estufa com ventilação forçada, temperatura ideal de 40 ºC.

(ii) Troca de água por acetona

Caixa plástica (dimensões: 60 cm x 40 cm x 30 cm).

Mangueiras de silicone (0,8 cm e 1,0 cm).

Bomba peristáltica.

Tubos de vidro com entrada na parte superior e saída na parte inferior.

Bomba de vácuo.

Dessecadores.

Capela.

Querosene.

Acetona.

1.3.3 Impregnação

Dessecadores.

Capela.

Bomba de vácuo.

Bastão de vidro de tamanho 1 cm x 20 cm.

Béquer de 600 mL ou 1 L ou 2 L.

Resina poliéster não saturada acelerada ou não acelerada.

Monômero de estireno.

Acetona.

Catalisador (Butanox – peróxido de metil etil cetona).

Acelerador de cobalto.

Pigmento orgânico solúvel fluorescente (Tynopal OB).

1.3.4 Confecção de lâminas delgadas e blocos polidos

Serra com disco de corte diamantado.

Pedra e disco de desbaste.

Politriz com disco diamantado para desbaste grosseiro.

Politriz com sistema de alimentação de abrasivo para desbaste fino e polimento.

Lâminas de vidro (4 cm x 2 cm ou 7 cm x 4 cm ou 13 cm x 9 cm ou 16 cm x 9 cm).

Prensa para colagem.

Cola (epoxy) com tempo de secagem de 24h.

Placa aquecedora.

Pinça.

Lixas de diversas granulações (220 até 1.200 mesh).

Pó abrasivo de óxido de silício ou alumínio de diferentes granulometrias (220 até 1.200 mesh).

Placa de vidro temperado Φ 2 ou 3 cm x 30 cm.

Querosene.

1.3.5 Descrição micromorfológica

Lupa binocular (até 50x de aumento).

Microscópio petrográfico binocular com jogo de objetivas de baixo (2,5; 3,2; 4X), médio (10; 25X) e alto (40X) aumentos.

Máquina fotográfica acoplada à lupa e microscópio, idealmente digital.

Informações morfológicas, analíticas, da paisagem e de localização geográfica do perfil estudado e da posição da amostra coletada no perfil.

Material de escritório para anotações, desenhos esquemáticos e similares.

1.3.6 Quantificação

Lupa binocular (até 50X de aumento).

Microscópio petrográfico binocular com jogo de objetivas (vide item 1.3.5).

Máquina fotográfica acoplável à lupa e microscópio.

Programa computacional de aquisição e análise de imagens (há vários softwares no mercado vinculados às marcas dos microscópios).

1.4 Reagentes e soluções

Solução para impregnação de amostras indeformadas de solos – Adicionar 1 L de resina de poliéster em béquer de 2 L. A seguir, adicionar 1 L de monômero de estireno (ou acetona pura p.a.) e misturar lentamente. Na sequência, adicionar 15 gotas de catalisador Butanox (peróxido metil-etil-cetona), 5 g de pigmento orgânico solúvel fluorescente (Tynopal OB) e cinco gotas de acelerador de cobalto a 6% (apenas para resina não acelerada). Os produtos devem ser adicionados na ordem em que foram relacionados acima. Misturar lentamente (sem bater) com um bastão de vidro, até que a mistura adquira coloração amarelada (sem pigmento) ou esverdeada (com pigmento) e não contenha pequenas bolhas. Como o produto é tóxico, deve-se evitar a inalação de gases ou vapores e manuseá-lo com EPI tipo máscaras, jaleco e luvas resistentes ao produto, dentro de capela com exaustão apropriada ou ao ar livre. A quantidade preparada (2 L) é suficiente para impregnar uma amostra com dimensão aproximada de 12 cmx7 cmx4 cm.

1.5 Procedimento

1.5.1 Coleta de amostras no campo

A coleta de amostras é uma das etapas mais críticas dos estudos micromorfológicos. Erros na amostragem podem comprometer o que é observado na lâmina delgada e podem levar a conclusões errôneas sobre o material estudado. A micromorfologia requer a coleta e a preparação de amostras indeformadas e orientadas, tal como encontradas no campo ou no experimento. A coleta de amostras representativas é difícil porque o solo é normal e visualmente heterogêneo, mesmo a distâncias centimétricas. Sendo assim, mesmo as lâminas maiores contêm só um pequeno volume de solo. Considerando-se que a vantagem maior da micromorfologia do solo é a possibilidade de se estudar o arranjamento espacial dos constituintes dos solos e a relação composicional, hierárquica e cronológica entre eles, a coleta de amostras representativas e não tendenciosas passa a ser um dos pontos mais delicados desse estudo.

Castro (2008), Castro et al. (2003), FitzPatrick (1993), Murphy (1986), Vepraskas e Wilson (2008), entre outros, enumeram uma série de critérios de amostragem que devem ser levados em consideração na hora da coleta, os quais estão descritos a seguir.

Finalidade da investigação – a finalidade dos estudos micromorfológicos pode ser intencionada para produzir dados qualitativos, quantitativos, descritivos ou para dar suporte a outros tipos de investigação. O objetivo do estudo determina o tamanho, o número de amostras a ser coletado por horizonte, onde coletar (se no meio ou nas transições entre os horizontes), a orientação da amostra, o número de horizontes ou de subamostras e, até mesmo, a técnica a ser empregada na amostragem. Não há um critério absoluto para definir a amostragem e, por isso, é sempre desejável ter em mente que em materiais de solos ocorrem heterogeneidade e descontinuidade. É sempre desejável, quando amostrando uma determinada feição do solo, incluir materiais das circunvizinhanças para efeitos comparativos.

Tamanho e número de amostras – considerando-se que componentes e feições do solo podem variar em tamanho, é necessário adequar o número e a quantidade de amostras para aquilatar suas relações, distribuição e quantificação. Além do tamanho, muitos componentes e feições do solo não estão uniformemente distribuídos ou ocorrem a intervalos maiores que as dimensões da lâmina delgada. Dessa forma, pode ocorrer de ficarem ausentes ou serem observados em concentrações maiores do que seria a verdadeira. Todas essas possibilidades conduzem a uma adequação no tamanho, na orientação, na quantidade e posição das amostras, ou no número de lâminas de cada bloco de solo impregnado, necessárias para uma avaliação confiável de cada uma das situações acima expostas.

Orientação das amostras – pode ser crítica para alguns tipos de investigação e sempre deve ser conhecida. Na maioria dos casos, a orientação é vertical ou horizontal em relação ao perfil de solo. Em caso de necessidade, amostras com orientação inclinada podem ser coletadas. Em casos onde a orientação ideal não é conhecida com antecedência, tanto amostras verticais como horizontais devem ser coletadas.

Local de amostragem no perfil – a concepção do plano de amostragem deriva dos objetivos da pesquisa, da revisão da literatura e das observações de campo que permitiram caracterizar a morfologia do solo tal como ela se apresenta. O plano de amostragem reflete uma estratégia adotada para que a investigação possa responder às questões formuladas, ou que correm o risco de não serem esclarecidas satisfatoriamente por outras escalas de observação ou métodos, sobretudo de laboratório. Para amostrar um perfil de solo, por exemplo, amostras são coletadas em cada horizonte. Quando os horizontes são muito difusos, as amostras podem ser espaçadas a intervalos regulares. As transições entre horizontes e feições específicas também devem ser amostradas separadamente. Em estudos onde feições específicas são o foco do estudo, a amostragem deve focar nelas. Pode ocorrer ainda de uma feição ser maior que a amostra prevista; nesse caso, deve-se coletar uma série sucessiva de amostras, do seu aparecimento até seu desaparecimento, incluindo as transições superiores, inferiores e laterais, quando isso for essencial para testar hipóteses, sobretudo genético-evolutivas ou degradacionais.

Número de repetições – repetições de amostras devem ser coletadas sempre que possível, porque uma amostra isolada muitas vezes não consegue representar a variabilidade dos atributos e feições de uma classe de solo ou de um sistema pedológico (topossequência). Além disso, há a possibilidade de se perderem determinadas amostras durante o seu transporte, armazenamento ou manipulação. Repetições dão maior garantia de que pelo menos uma amostra coletada em campo de um determinado horizonte ou feição seja convertida em lâmina(s) delgada(s). Na prática, a quantidade de amostras a serem coletadas vai depender da capacidade técnica e financeira que o pesquisador dispõe para fabricar as lâminas delgadas. Como medida de segurança, sempre é recomendável coletar duas amostras por horizonte ou do que se quer amostrar. Também é melhor coletar um menor número de amostras maiores que tenham uma maior área representativa do que uma grande quantidade de repetições para fabricar lâminas pequenas. A justificativa para tal é que solo observado em lâminas maiores possivelmente representará melhor a variabilidade e as relações entre as feições ou o que se quer analisar.

Época de amostragem – como o solo é um sistema dinâmico, respondendo a adições, subtrações, translocações e transformações de matéria e energia, sua morfologia é variável em função de perturbações causadas por umidade, temperatura, vegetais, animais e do homem (particularmente do uso e manejo). Mudanças a curto tempo podem ser esperadas, como, por exemplo, variações na estrutura e porosidade por acomodações após tratos culturais, expansão e contração devido a variações no conteúdo de umidade, translocações por movimentação de solutos ou por arrastes mecânicos por efeito da movimentação da água no solo, entre outras mudanças. Dessa forma, é preciso considerar o momento ou os momentos mais adequados de se proceder a amostragem para que se possa representar uma condição do solo ou detectar a sua variabilidade. Em caso de variações climáticas sazonais, por exemplo, e dependendo do objetivo da pesquisa, convém coletar em cada estação.

O procedimento de coleta de amostras indeformadas envolve os seguintes passos (Figura 1):

Uma vez determinados os locais de interesse na classe do solo, na topossequência, seleciona-se na parede do perfil de solo uma pequena área a ser amostrada, um pouco maior que a dimensão da caixa de coleta, cuidando-se para que a superfície esteja limpa e relativamente plana, de modo a preservar a estrutura, cuidando para não deformá-la ou desmoroná-la. Se necessário, cortam-se as pontas de pequenas raízes com tesoura bem afiada, sem perturbar a amostra. É conveniente elaborar-se uma listagem na caderneta de campo para a anotação das informações das amostras coletadas, devendo as denominações serem claras para o autor da pesquisa e de fácil reconhecimento quando forem para a preparação e impregnação.

Desenha-se o contorno da caixa no horizonte, na transição ou feição pedológica que se quer amostrar, com auxílio de um canivete ou faca, e inscrevem-se na parte externa da caixa as anotações de identificação (código de identificação do perfil, do horizonte e da profundidade) e de orientação da amostra, por meio de uma pequena seta indicando a direção superior do perfil, e eventualmente outra, indicando se a montante ou jusante da vertente.

As faces do bloco a ser retirado devem ser cuidadosamente esculpidas com uma faca ou canivete, iniciando-se pelas laterais, depois a face superior e, por último, a inferior, aprofundando o corte suavemente, de modo inclinado no início e posteriormente deixando as paredes retas, até que a caixa se ajuste completamente ao bloco. Após isso, acomoda-se a embalagem sobre a amostra e força-se o seu desprendimento fazendo uma pequena alavanca com a faca ou canivete, segurando-se firmemente a caixa e virando-a imediatamente para a posição horizontal. Pode-se, então, colocar a tampa da caixa que se está utilizando e envolvê-la com jornal e filme de poliéster. Outra técnica consiste no uso de caixas metálicas abertas dos dois lados (Caixas de Kubiena), sendo uma das bordas cortante. A caixa deve ser introduzida no perfil de solo, batendo-se sobre uma madeira apoiada na parte de trás. Libera-se, com cuidado, a amostra, aparam-se os excessos e colocam-se o fundo e a tampa. Pode-se ainda recorrer a cordas de violão finas para o corte inferior (basal) do bloco; a corda deve ser esticada e movimentada suavemente como um serrote, até que o bloco esteja inteiramente cortado. É possível, ainda, que se queira coletar um bloco maior e, a partir dele, retirar blocos menores em laboratório. Nesse caso, o procedimento do corte é o mesmo, desde que o bloco grande esteja bem apoiado no balcão.

Acomodam-se as amostras coletadas em caixas de madeira, papelão ou isopor forradas com jornal, bolinhas de isopor, espuma ou “plástico-bolha”, separando-as das vizinhas também com um desses materiais de proteção, a fim de evitar que se quebrem no transporte para o laboratório.

Procedimentos de coleta para solos que apresentam alta friabilidade, presença de cascalho e pedregosidade, materiais cimentados e coesos e materiais soltos são descritos com bastante detalhe em em Murphy (1986), Castro et al. (2003) e Vepraskas e Wilson (2008).

1.5.2 Remoção de água das amostras

Antes de impregnar as amostras com resina, há a necessidade de eliminar toda a sua água, para permitir que toda a resina penetre nos poros. Além disso, as resinas utilizadas na impregnação das amostras indeformadas têm sua taxa de polimerização comprometida pela presença de água, mesmo em pequenas quantidades. Portanto, para o sucesso da confecção de boas lâminas delgadas, é extremamente importante eliminar a água contida nas amostras. As duas metodologias mais utilizadas para tal são: (i) secagem ao ar e em estufa e (ii) troca de água por acetona. Existe uma terceira metodologia para remover água de uma amostra de solo que é a secagem por sublimação, após congelamento (freeze drying). Essa técnica é pouco utilizada e não será abordada neste capítulo. Detalhes podem ser encontrados em Jongerius e Heintzberger (1975).

Secagem ao ar e estufa – amostras de solo podem ser secas à temperatura ambiente em ambiente ventilado e/ou em estufa com ventilação forçada a 40 °C ou a menores temperaturas (Figura 2A). A secagem ao ar é bastante lenta e demora de 15 a 30 dias, dependendo da textura e densidade da amostra, até que atinja peso constante. Após atingir o peso constante, as amostras são colocadas em estufa a 40 °C por 48h para eliminação da água higroscópica. Um dos problemas da secagem forçada em estufa é que na maioria dos solos, em especial aqueles com argila de atividade alta, ou com muita matéria orgânica, podem ocorrer contrações drásticas com aparecimento de artefatos, tais como rachaduras, ou mesmo pode ocorrer quebra da amostra. Para minimizar esse problema, deve-se proceder a secagem muito lentamente. Colocar as amostras úmidas diretamente na estufa após a coleta pode aumentar os problemas de contração e re-orientação de partículas do solo.

Troca de água por acetona – em vez de remover a água por evaporação, ela pode ser trocada por acetona por um processo de troca líquida (Figura 2B). Utilizando-se esse sistema, evita-se o problema de contração do material pela secagem. As amostras úmidas trazidas do campo são colocadas dentro de dessecadores, cujo fundo é recoberto com um pano embebido em acetona. Por ascensão capilar, os poros que não estão preenchidos com água se saturam com acetona. Esse processo demora em torno de 10 a 15 dias. Uma vez saturadas, as amostras são submergidas num banho de acetona que permite a difusão da água nos poros para a solução de acetona circundante. Esse processo ocorre lentamente e demora de 15 a 30 dias, dependendo do tamanho e composição da amostra, para a completa eliminação da água da amostra de solo. A água que se difunde da amostra para a acetona precisa ser eliminada e, para isso, pode-se proceder de duas formas: 1) trocando periodicamente a acetona dos recipientes plásticos (este processo consome muita acetona se não se dispõe de um sistema de recuperação dela); ou 2) utilizando um tamis molecular (normalmente é utilizada a zeólita na forma granulada ou um tamis artificial; este último de uso mais comum), que filtra a mistura de água + acetona por meio da retenção das moléculas de água. A filtragem da mistura utilizando um tamis molecular é realizada por meio da circulação da solução de acetona com água através do tamis. Para isso, utiliza-se uma bomba peristáltica que promove uma circulação constante a uma velocidade de 30 mL h-1 da mistura de acetona + água, que sai dos recipientes onde estão as amostras e passa através de colunas de vidro onde está o tamis molecular (formato de bolinha ou bastonete). Utilizam-se três colunas de vidro de 0,93 m de altura e 0,07 m de diâmetro interconectadas por mangueiras de silicone por onde entra, na parte superior da coluna, a acetona contaminada com água e sai, na parte inferior da coluna, a acetona filtrada. Periodicamente, o tamis molecular tem que ser retirado das colunas para secagem e eliminação da água por aquecimento numa estufa a 110 °C por 24h. O processo se completa quando não há mais água na solução de acetona. Para isso, é realizado um teste prático: adicionam-se 10 mL de solvente (por exemplo, querosene) a 20 mL da solução. Se ainda há água na acetona, o solvente irá produzir borbulhas ou turbidez na mistura, uma vez que as duas substâncias são imiscíveis. O método mais preciso de se avaliar a presença de água na solução de acetona + água é medir a sua gravidade específica usando um picnômetro ou hidrômetro.

1.5.3 Preparação da solução impregnadora e impregnação das amostras

Para a confecção das lâminas delgadas, é necessário que a amostra de solo indeformada e coletada em campo seja suficientemente endurecida para poder ser cortada e polida. Basicamente, dois tipos de resinas são atualmente utilizados para impregnar solos para estudos micromorfológicos: as de poliéster e as de epóxi, tal como citadas anteriormente. Ambas são hidrofóbicas que requerem total secagem da amostra para endurecerem. As de poliéster são as mais comuns e têm inúmeros nomes comerciais dependendo do fabricante. A resina escolhida tem que ter as seguintes características: ser transparente, ter um índice de refração de 1,54, ser isotrópica, ter baixa viscosidade para penetrar nos poros menores, apresentar estabilidade dimensional e endurecer sem quebrar.

A fim de se obter maior eficiência de penetração da resina nos solos, dois procedimentos são requeridos: 1) diminuir a sua viscosidade e 2) proceder à impregnação em ambiente de vácuo. Algumas resinas de poliéster utilizam acetona como diluente para diminuir a viscosidade, mas são mais comuns as que utilizam monômero de estireno. Para acelerar a polimerização das resinas, deve-se adicionar algumas gotas de catalisador naquelas pré-aceleradas. No caso de se utilizarem resinas que não sejam pré-aceleradas, deve-se, ainda, adicionar um acelerador de polimerização.

A solução mais utilizada para impregnar as amostras de solos é composta pela mistura dos seguintes componentes: resina de poliéster ou epóxi, monômero de estireno (ou acetona pura P.A.), catalisador, pigmento orgânico solúvel fluorescente e acelerador de cobalto (apenas para resina não acelerada). O conjunto de componentes utilizados para a preparação da solução impregnadora doravante será denominado de “mistura”. Os seguintes procedimentos devem ser seguidos para a elaboração da mistura: adicionar, um a um, os ingredientes num béquer de 2 L (plástico, vidro comum ou refratário), na ordem em que foram relacionados, misturando-os lentamente, sem bater, com um bastão de vidro, até que a mistura adquira uma cor amarelada sem pigmento ou esverdeada com pigmento). Como o produto é tóxico, é recomendável evitar a inalação de gases ou vapores por meio de máscara e manuseá-lo com luvas resistentes ao produto, dentro de uma capela com exaustão apropriada ou executar todo o procedimento ao ar livre.

As amostras indeformadas de solos devem ser cuidadosamente manuseadas durante todo o preparo, evitando-se, com isso, impactos ou esforços. Caso as caixas de coleta sejam de materiais rígidos (metais, plástico rígido ou madeira), elas devem ser retiradas antes da impregnação, sendo substituídas por recipientes plásticos ou dispostas para impregnação diretamente nas caixas de papel cartão ou cartolina utilizadas nas coletas de campo.

O procedimento de impregnação de amostras secas ao ar e estufa envolve os seguintes passos:

Dispor as amostras dentro de um recipiente plástico ou metálico (alumínio ou lata), deixando-as no dessecador até receberem a mistura.

Em seguida, verter a solução por meio do bastão ao lado da amostra (jamais sobre ela) até formar um filme no fundo do recipiente que contém as amostras, sem tirá-lo do dessecador, e evitando que caiam pingos sobre os torrões. No caso de usar um gotejador, fazer com que o bico goteje a mistura igualmente ao lado das amostras e nunca sobre elas. As vidrarias podem ser limpas com acetona pura.

Tampar o dessecador e ligá-lo a um sistema de vácuo fraco, para facilitar a ascensão da mistura por capilaridade (Figura 3). Quando forem utilizadas bombas de vácuo e a classe textural da amostra for média ou arenosa, usar valores baixos de vácuo, suficientes para favorecer a ascensão capilar da mistura.

Tão logo a frente de capilaridade seja bem visível e se esgote a mistura do recipiente, repetir a operação, preenchendo o recipiente até atingir a frente de capilaridade. Na última operação, a mistura deve cobrir por completo a amostra. A impregnação pode levar mais de um dia para ser completada.

Após todo recobrimento da amostra pela mistura, deixá-la em repouso no dessecador ainda sob vácuo por 12h, mas com a bomba de vácuo desligada. É conveniente que a tampa do dessecador esteja bem vedada. Para tal, passa-se vaselina em toda a borda interna da tampa.

Após esse procedimento, o recipiente com as amostras pode ser retirado do dessecador e deixado em repouso sobre local limpo e firme dentro de uma capela de exaustão (Figura 4), preenchendo o nível da mistura sempre que necessário a fim de manter as amostras cobertas até que endureçam e não se possa mais marcá-las com unha ou instrumento com ponta, o que pode levar até 30 dias.

Para um endurecimento completo, as amostras já em avançado estádio de endurecimento ao ar são retiradas da capela e colocadas em estufa a 40 °C por 72h.

O procedimento de impregnação de amostras, cuja remoção de água foi realizada por meio da troca da água por acetona, envolve os seguintes passos:

Retirar as amostras de solo do banho de acetona depois de finalizado o processo de remoção de água, imediatamente submergi-las completamente na mistura dentro de um recipiente plástico ou metálico (alumínio ou lata) e colocar no dessecador.

Deixar as amostras descansando na solução por 12h sem vácuo.

Tampar o dessecador e ligá-lo a um sistema de vácuo fraco.

As amostras devem ficar pelo menos 12h sob vácuo fraco até que não se observe mais a saída de bolhas de ar.

Após isso, as amostras podem ser retiradas do dessecador e deixadas em repouso sobre local limpo e firme dentro de uma capela de exaustão, preenchendo o nível de mistura, mantendo-as sempre cobertas até que endureçam e não se possa mais marcá-las, o que pode levar até 30 dias.

Para um endurecimento completo, as amostras já bastante endurecidas ao ar são retiradas da capela e colocadas numa estufa a 40 °C durante uma semana.

Na impossibilidade de impregnar de uma só vez todas as amostras coletadas em campo, é recomendável executá-lo por perfil, ordenando-as em função das informações de campo. É importante reservar réplicas das amostras impregnadas, devidamente identificadas e orientadas para a fabricação de novas lâminas, caso ocorra acidente, ou, o que é mais importante, caso seja necessária a aplicação de algum reagente ou corante ou, ainda, para testes em ultramicroscopia, microanálise etc. Para esses testes, as lâminas delgadas em duplicata deverão ser confeccionadas sem lamínulas.

1.5.4 Confecção de blocos polidos e de lâminas delgadas

Uma vez impregnadas e endurecidas, resta confeccionar as lâminas delgadas das amostras. Esse procedimento é bastante trabalhoso e exige uma habilidade quase “artística” se o desbaste final e polimento forem realizados manualmente. Atualmente, existem máquinas de corte e polimento altamente sofisticadas, denominadas politrizes, que podem realizar todas as tarefas de laminação com alta precisão.

O procedimento de confecção de lâminas delgadas envolve os seguintes passos:

Após endurecimento, os blocos impregnados (Figura 5) devem ser cortados em fatias de aproximadamente 15 mm de espessura, utilizando-se para tal uma serra com disco adiamantado. A direção do corte deve respeitar a orientação na qual a amostra foi coletada em campo. É importante realizar um pequeno corte na parte superior da amostra para indicar a orientação desta.

Se a superfície da amostra desprender partículas, especialmente as finas (argilas), é necessário reimpregná-la. Apoiando a lâmina sobre placas de vidro envoltas com folha de alumínio, reimpregnar alternadamente, a cada 1h, as faces expostas por gotejamento, até que estejam bem impregnadas (um filme da mistura deve recobrir a face da fatia). As dosagens dos ingredientes para a reimpregnação são:

30 mL de resina de poliéster (pré-acelerada).

30 mL de acetona pura p.a.

0,5 g de pigmento fluorescente.

Três gotas de catalisador Butanox (peróxido metil-etil-cetona).

Quando necessária a reimpregnação, deixar secar por 1h e depois endurecer em estufa a 40 ºC por cerca de 18h, até que adquiram aspecto de acrílico, deixando-as esfriar no interior de um dessecador.

Uma vez certificada a boa qualidade da impregnação e do endurecimento, cortar a fatia no tamanho da lâmina de vidro (prestar atenção para não perder a orientação, realizando, para isso, um pequeno corte na parte superior da fatia) (Figura 6).

Selecionar uma das faces da fatia onde vai ser colada a lâmina de vidro e realizar um desbaste de possíveis irregularidades que por ventura possam ter ocorrido durante o corte. Utilizar abrasivos de óxido de alumínio e carbamato de silício de diferentes granulações para essa tarefa. O ideal é começar com granulações ou papéis de lixa de 220 mesh e finalizar em granulações de 600 a 1.200 mesh até a eliminação das irregularidades e espelhamento da face da fatia. Esse desbaste pode ser executado manualmente ou com máquinas especializadas (politriz). É importante eliminar qualquer resíduo após essa operação, limpando a face com água ou um solvente ou um limpador de ultrassom antes de colar a lâmina.

Selecionar uma das faces da lâmina de vidro onde vai ser realizada a colagem da fatia da amostra de solo impregnada. Realizar nessa face um polimento com abrasivo de média a baixa granulação (600 a 1.000 mesh) a fim de eliminar qualquer irregularidade que possa ocorrer na superfície do vidro.

Colar a fatia de solo impregnado na lâmina de vidro respeitando as faces previamente polidas. Para essa colagem, utiliza-se resina epoxy de secamento em 24h ou resina poliéster não diluída (é importante que a cola tenha índice de refração de 1,54 e seja isotrópica). A colagem é realizada apoiando-se a lâmina sobre uma placa aquecedora levemente aquecida e comprimindo a amostra suavemente com uma pinça para eliminar as bolhas de ar e garantir um bom contato entre a amostra e a lâmina.

A cura da cola deve ser realizada com a amostra sob pressão para eliminação de bolhas de ar. A pressão pode ser aplicada com pesos ou pequenas prensas especiais construídas para esse fim.

Quando seca, a lâmina é cortada até a espessura de 1 mm com o uso de uma serra de corte diamantada.

A seguir, a lâmina é desbastada até uma espessura uniforme de aproximadamente 40 µm. Essa operação pode ser realizada manualmente ou utilizando politriz regulável.

A espessura final, entre 20 µm e 30 µm, é atingida manualmente utilizando abrasivos ou papéis de lixa de óxido de alumínio e/ou carbamato de silício de granulações entre 600 mesh e 1.200 mesh. Atualmente, existem politrizes sofisticadas que finalizam as lâminas delgadas, sem necessidade das operações de desbaste manual.

A espessura final é atingida quando a cor de interferência do quartzo, observado em microscópio sob luz polarizada (nicóis cruzados – XPL), torna-se branca ou cinza clara. Quando o procedimento de desbaste da lâmina for manual, controla-se a espessura da lâmina pela observação em microscópio durante o seu desbaste, tornando-a mais frequente à medida que se aproxima de sua espessura final. Sob luz polarizada, os grãos de quartzo passam de multicoloridos (amarelos, vermelhos etc.) quando a lâmina está grossa, para cinza claros ou brancos quando na espessura aproximada de 30 µm.

Lavar em água corrente de boa qualidade (sem partículas dispersas) ou, no caso de amostras que contêm minerais de argila de atividade alta, utilizar um solvente orgânico (acetona, xileno ou querosene) e deixar secar ao ar. Para obter uma limpeza efetiva, imergir as amostras em equipamentos de ultrassom.

Se a lâmina não for utilizada para outras análises, como, por exemplo, microscopia eletrônica de varredura, aplicação de reagentes ou microanálise pontual, pode-se colar uma lamínula com a própria resina epoxy.

As lâminas utilizadas são delgadas, frequentemente similares às petrográficas (em geral no tamanho de 1,8 mm x 30 mm x 40 mm), podendo ser produzidas também em tamanhos maiores, usualmente médio (1,8 mm x 50 mm x 70 mm) e “mamute” (1,8 mm x 90 mm x 130 mm) (Figura 7).

Se o objetivo do estudo for realizar a quantificação dos poros e da estrutura do solo por meio de técnicas de análise de imagens, pode-se prescindir a fabricação de lâminas delgadas. Nesse caso, utilizam-se as faces polidas de uma das fatias cortadas dos blocos impregnados tendo sido adicionado pigmento fluorescente à solução impregnante (Figura 8). Assim, o preparo dessas fatias polidas é realizado seguindo as cinco primeiras etapas descritas neste subitem (1.5.4).

Uma vez preparadas e identificadas, as lâminas devem ser acondicionadas em caixas plásticas ou de madeira especiais para essa finalidade, organizadas por perfil ou experimento, a fim de poderem ser facilmente localizadas e seguramente guardadas e manuseadas. Uma lista de controle, com a identificação e localização das lâminas, se faz necessária quando em grande quantidade.

1.5.5 Descrição micromorfológica

Uma vez finalizada a confecção das lâminas delgadas, a próxima etapa é a descrição e obtenção das informações micromorfológicas necessárias para alcançar os objetivos da pesquisa. Tal como comentado na introdução, não é objetivo deste capítulo descrever as terminologias e conceitos utilizados na descrição de lâminas delgadas. No entanto, é importante ressaltar que o nível de detalhe da descrição micromorfológica varia de acordo com a investigação e que uma terminologia uniforme deve ser utilizada para que especialistas no mundo todo possam entender as descrições. Ao longo dos anos, Brewer (1976), Bullock et al. (1985), FitzPatrick (1984, 1993), Kubiena (1938) e Stoops (2003) propuseram terminologias e conceitos para a descrição de lâminas delgadas. Atualmente, o sistema apresentado por Stoops (2003), baseado no amplamente utilizado sistema de Bullock et al. (1985), representa a terminologia mais atual e utilizada na descrição de fábricas e feições do solo.

A seguir, descreve-se a sistemática e cuidados necessários para uma boa descrição de lâminas delgadas.

Antes de iniciar as observações, é fundamental verificar se o microscópio está corretamente preparado e ajustado para os trabalhos (tensão da rede, iluminação, limpeza das lentes, distância interpupilar, jogo de oculares, equipamento fotográfico, objetivas centralizadas etc.), bem como se os demais acessórios estão disponíveis (charriot, pinças etc.).

Em seguida, o pesquisador deve munir-se das notas e fotos de campo, esquema de localização da amostra no perfil e, na sequência, caixa de lâminas e os materiais necessários às anotações e desenho dos croquis (papel, lápis, borracha, lápis de cor, régua, compasso etc.), roteiros para descrição e material de consulta (livros, textos, guias etc.) e dos dados analíticos dos perfis ou amostras estudadas.

Para os registros das observações, é recomendável ter à mão os roteiros, contendo um cabeçalho padrão que inclua: número do perfil, horizonte ou equivalente, profundidade, número ou código da lâmina, croqui de situação da lâmina no perfil, localização do perfil na topossequência (se for o caso) e o número da(s) fotomicrografia(s) efetuadas de cada lâmina.

O armazenamento das lâminas nas caixas plásticas ou de madeira deve ser feito ordenando-se, preferencialmente, as lâminas de baixo para cima caso se trate de estudos de perfis de solos, sendo que as observações devem obedecer à mesma sequência. No caso de topossequências, a ordenação dos perfis é função da hipótese de campo e do que se busca nas lâminas. No caso de experimentos, ensaios ou simulações, tanto em campo quanto em laboratório, deve-se iniciar pela lâmina da amostra-testemunha não perturbada, ou seja, na condição original, passando-se progressivamente às demais, segundo a lógica dos mesmos (exemplos: amostra não compactada, com compactação fraca, moderada e forte; amostra não irrigada e irrigada etc.).

1.5.5.1 Exame por microscopia óptica

1.5.5.1.1 Observação geral

É recomendável que as lâminas sejam observadas e descritas primeiramente sob menor aumento, procedendo-se uma observação expedita com auxílio de uma lupa binocular. Nessa escala de observação, procede-se ao mapeamento dos conjuntos diferenciáveis na lâmina, identificando-os por códigos a critério do observador (por exemplo: zona 1, zona 2 etc.), anotando e desenhando os croquis da lâmina observada e, preferencialmente, mantendo-se a escala de observação entre as feições observadas. É importante anotar os motivos da separação das zonas e distinguir os padrões e feições dominantes, caso ocorram. Para facilitar o reconhecimento dos diferentes conjuntos identificados nesta etapa, é recomendável desenhar com lápis sobre a lâmina os limites entre eles.

Ainda, com o uso da lupa, procede-se à observação de cada zona, sob aumentos progressivamente maiores, anotando os detalhes de cada zona e executando desenhos ou fotografias das áreas mais relevantes, sempre procurando manter nos desenhos a escala entre as feições observadas.

1.5.5.1.2 Microscopia óptica de detalhe

Após a observação em lupa, recorre-se à microscopia óptica de detalhe (Figura 9). Esse tipo de observação deve iniciar sob baixo aumento, utilizando-se o microscópio com objetivas de 1X ou 2,5X. Efetua-se a varredura sistemática de toda a superfície da lâmina, por meio de curtos deslocamentos verticais e percursos ao longo de toda a largura da lâmina, ou por zona demarcada durante a observação.

Deve-se inicialmente observar as lâminas sob iluminação normal ou planar (PPL), isto é, com nicóis descruzados e posteriormente com luz polarizada ou nicóis cruzados (XPL), anotando os detalhes observados em cada zona.

Passa-se, então, às observações sob aumentos progressivamente maiores (objetivas, por exemplo, de 3X, 4X, 6X, 10X, 25X e 40X), repassando cada zona e completando as anotações realizadas nas etapas anteriores. Se necessário, devem ser executados desenhos em escala maior ao lado dos desenhos anteriormente feitos, ou das fotografias. Ao fazer ampliação (zoom) progressiva, deve-se ter clareza da zona que se está observando e da posição em que se encontra.

Os desenhos ou fotografias devem conter legenda apropriada à escala adotada. Legendas usualmente adotadas estão disponíveis nos textos-guia e nos trabalhos que empregam ilustrações do gênero. As legendas devem reproduzir de modo bastante fiel os contornos e formas das microestruturas encontradas, atribuindo tom cinza ou preto aos poros, contornos pretos com interiores brancos ao material grosso e, sempre que possível, aplicar cores próximas da realidade ao material fino.

A observação das transições de uma zona para outra ou de uma feição para seu entorno são extremamente importantes e devem ser feitas com riqueza de detalhes, uma vez que podem revelar o processo evolutivo das microestruturas.

Após o domínio do conteúdo evidenciado na lâmina, deve-se proceder ao preenchimento completo das fichas ou à descrição textual corrida, sempre seguindo uma ordem ou sistemática de descrição (exemplo: zonas, microestrutura, pedalidade, trama, agregados, fundo matricial, feições pedológicas etc.). Bullock et al. (1985) apresentam um modelo de ficha e apresentam exemplos de descrições textuais corridas que são de grande ajuda para guiar a descrição das lâminas.

Outra questão importante diz respeito ao dimensionamento ou quantificação por meio de cálculos dos elementos observados, ainda que feito de forma aproximada. Pode-se fazê-lo por zona e/ou por tipo (ex.: material fino e material grosso).

Os passos descritos devem ser repetidos para cada lâmina, ou zona da lâmina, até a conclusão de todo o perfil de solo quanto à evolução das microestruturas, caso o perfil seja o objeto em estudo.

A partir de então, tenta-se estabelecer uma hierarquia e cronologia para os fatos observados na lâmina, procedendo-se às devidas anotações. Os dados encontrados devem ser reunidos na ordem das lâminas analisadas, tentando-se também estabelecer uma hierarquia e cronologia das feições e microestruturas no perfil estudado, anotando-se também as próprias reflexões sobre o conjunto analisado. O passo seguinte consiste na redação de uma síntese das observações de cada lâmina, do perfil, da topossequência ou mancha de solo em questão.

As feições e microestruturas representativas podem ser fotografadas, segundo critérios que atendam aos objetivos do estudo em curso. As feições e microestruturas de interesse devem estar bem centradas, nítidas e corretamente iluminadas.

É útil tomar as fotos dos diferentes aumentos com auxílio de uma escala milimétrica antes de fotografar as amostras propriamente ditas, facilitando, posteriormente, a inscrição da escala de referência (mm ou μm) sobre as fotos. No caso de a lupa ou microscópio estar acoplado a um sistema de análise de imagens, deverá ser realizada a calibração dentro do sistema dos aumentos utilizados na fase da descrição. Dessa forma, a escala pode ser gravada na foto ou imagem de acordo com a calibração programada de acordo ao aumento utilizado.

É conveniente registrar os seguintes dados sobre as fotografias tomadas durante a descrição das lâminas: código da lâmina, sua posição na lâmina, aumento utilizado, grau de iluminação do microscópio, ajustes e filtros utilizados e ajustes de abertura e velocidade da câmera, mesmo que funcionando no modo automático. Essas anotações permitem rever os campos escolhidos e refotografá-los com novos ajustes, caso não haja sucesso na primeira tentativa.

Se necessário, selecionam-se sítios para execução de ultramicroscopia ou microanálise, fotografando-os ou desenhando-os em aumentos compatíveis com o equipamento a ser utilizado. A escolha definitiva desses sítios deve ocorrer ao final do trabalho de análise microscópica.

É conveniente uma organização de pastas de descrição micromorfológica apropriadamente identificadas, capazes de arquivar as descrições textuais ou fichas, desenhos, fotografias, etc.

As fotografias devem ser ordenadas, identificadas e legendadas. Para todo o material resultante da descrição das lâminas e fotografias, é importante providenciar cópias de arquivos de segurança (backups).

1.5.5.2 Quantificação

Dois métodos de quantificação de feições e microestruturas do solo serão discutidos. A contagem de objetos é um método manual utilizado para adquirir dados globais, enquanto a análise de imagens utilizando sistemas computadorizados é utilizada para medidas de feições específicas.

1.5.5.2.1 Contagem de objetos

A contagem de objetos é a técnica mais comum para quantificar objetos por análise de imagens. É comumente utilizada para verificar a quantificação de uma feição ou microestrutura por análise de imagens (Aydemir et al., 2004). A técnica consiste em colocar um grid de pontos regularmente espaçados sobre a amostra (bloco polido e/ou lâmina delgada) e depois identificar os tipos de feições sob cada ponto. Existem várias formas de definir os pontos do grid. Uma das formas mais comuns, utilizada principalmente em amostras pequenas (blocos ou lâminas até 7 cm x 4 cm) é mover as amostras ao longo de linhas sob a objetiva. Utilizando a barra de escala da ocular, podem-se definir os pontos do grid onde serão realizadas as observações de feições, que podem ser feitas em espaçamento regulares ou ao acaso. A definição de várias linhas paralelas de pontos pode ser contada para amostrar uma porção ou a área total da lâmina delgada.

1.5.5.2.2 Análise de imagens utilizando sistemas computadorizados

O estudo da estrutura e da porosidade do solo pelos métodos micromorfológicos, originalmente qualitativos, ganhou uma dimensão quantitativa com o desenvolvimento de métodos de morfologia matemática (Horgan, 1998; Serra, 1982) e da informática. Essa área, que se especializa nos estudos quantitativos da estrutura e da porosidade do solo, é chamada de pedologia quantitativa. Um método quantitativo amplamente difundido na pedologia quantitativa é a utilização da análise de imagens para medir a estrutura em seções 2-D de amostras indeformadas (Miedema, 1997).

Outras técnicas de análise de imagens já são usadas (tomografia computadoriza e ressonância magnética) para a análise 3-D da porosidade e estrutura do solo. Elas estão ganhando mais resolução, favorecendo as pesquisas futuras sobre a formação e dinâmica da estrutura do solo (Miedema, 1997).

O procedimento básico de aquisição de imagens para quantificar feições do solo em lâminas delgadas ou blocos polidos é descrito a seguir:

Para esse tipo de análise, utilizam-se lâminas delgadas ou blocos polidos que foram impregnados com pigmento fluorescente.

Identificar as áreas na lâmina ou bloco que serão fotografadas utilizando-se um gabarito (cartolina ou lâmina de plástico de 7 cm x 4 cm que apresenta um corte retangular no centro no tamanho da foto ou imagem a ser adquirida), que varia de acordo com o aumento e tamanho de campo a ser fotografado (Figura 10).

Colocar a lâmina ou bloco no plateau da lupa binocular ou microscópio petrográfico ou sobre uma base de fundo branco, no caso de se obter a imagem diretamente de uma câmera fotográfica digital, sem uso de lupa ou microscópio.

Iluminar a lâmina ou bloco com luz ultravioleta de comprimento de onda de 450 nm (luz negra).

Adquirir a imagem digital utilizando câmeras digitais acopladas à lupa binocular ou microscópio petrográfico nos aumentos desejados. Podem-se obter imagens da amostra inteira utilizando-se de câmeras digitais externas montadas sobre tripés.

Processar a imagem utilizando sistemas específicos de análise de imagens (Figura 11).

Após a aquisição da imagem, passa-se ao processamento da imagem para a sua quantificação.

A seguir, são descritos os procedimentos para a quantificação de poros sobre uma lâmina delgada ou bloco polido:

Abrir a imagem colorida obtida seguindo o procedimento relatado acima.

Transformar a imagem colorida em imagem com 255 tons de cinza.

Utilizando a técnica de limiarização (“thresholding”), transformar a imagem em tons de cinza numa imagem binarizada, onde os pixels tomam o valor 0 (cor preta) ou 1 (cor branca) (Russ, 2006). Normalmente, o objeto a ser quantificado (poro ou material sólido) é representado pelos pixels com valor 1, ou seja, são representados pela cor branca (Figura 12).

Para individualizar os objetos a serem quantificados (por exemplo, cada poro do universo total de poros), é realizada a operação de etiquetação (“labeling”). Essa operação é importante para quantificar os parâmetros básicos do objeto.

Após a individualização dos objetos, é realizada a operação de análise, sendo aplicados os algoritmos de quantificação predefinidos dentro do programa de análise de imagens ou, se o programa permite, construídos pelo usuário.

Exportar os resultados do sistema de análise de imagens para programas de planilhas e de construção de gráficos para posterior processamento e interpretação.

Um grande número de parâmetros pode ser utilizado para descrever quantitativamente a estrutura do solo e a sua porosidade (Cooper et al., 2010; Cooper; Vidal-Torrado, 2005; Hallaire; Cointepas, 1993; Moran et al., 1988; Ringrose-Voase, 1987; Ringrose-Voase; Bullock, 1984). Os parâmetros foram classificados por Murphy et al. (1977) em dois grupos: um chamado de básicos, que inclui a área, o número de objetos, o perímetro, os diâmetros de Feret horizontais e verticais e as projeções horizontais e verticais do objeto; e outro chamado de derivados, que consiste de dois ou mais parâmetros combinados, como, por exemplo, sua forma e orientação, objetivando uma caracterização mais completa da estrutura do solo e dos poros. Mermut (2009) apresentou uma revisão sobre a análise de imagens em micromorfologia.

1.6 Medidas de segurança associadas à confecção de lâminas delgadas

A preparação de amostras indeformadas de solo com a finalidade de realizar análises micromorfológicas acarreta uma série de medidas de segurança que devem ser obrigatoriamente cumpridas.

A maioria dos produtos químicos utilizados na impregnação das amostras apresenta um nível de toxicidade elevada. Por isso, é obrigatória a utilização de equipamentos de proteção individual (EPIs), tais como: avental, luvas de borracha (tipo cirúrgicas), máscara de gás com filtros específicos para vapores orgânicos e óculos de proteção. Todo procedimento de secagem e impregnação das amostras deve ser realizado em capelas com extratores de ar forçado (de preferência de fluxo laminar). O ambiente deve estar bem arejado e equipado com extratores de ar que promovam fluxos de ar das partes baixas do ambiente para saídas localizadas nas partes altas do ambiente (muitos vapores orgânicos são mais densos que o ar e tendem a se acumular próximo ao piso do laboratório). Toda a instalação elétrica deve estar isolada dos vapores orgânicos para evitar problemas, como explosões, e os produtos devem ser armazenados em armários do tipo corta-fogo.

Nas operações de corte e desbaste das amostras impregnadas, é importante o uso de luvas de tela metálica fina (tipo açougueiro), avental, óculos de proteção e protetores auriculares. No caso de amostras que necessitam de desbastes com a utilização de solventes orgânicos (ex.: querosene) para limpeza e lubrificação, as operações devem ser realizadas em capelas dotadas de extração forçada de ar, com o operador utilizando avental, luva de borracha, óculos de proteção e mascara de gás com filtros para vapores orgânicos.

1.7 Referências

AYDEMIR, S.; KESKIN, S.; DREES, L. R. Quantification of soil features using digital image processing (DIP) techniques. Geoderma, v. 119, p. 1-8, 2004.

BREWER, R. Fabric and mineral analysis of soils. New York: Robert E. Krieger Publishing Company, 1976. 482 p.

BULLOCK, P.; FEDOROFF, N.; JONGERIUS, A.; STOOPS, G.; TURSINA, T. Handbook for soil thin section description. Albrington: Waine Research, 1985. 152 p.

CASTRO, S. S. Micromorfologia de solos: bases para descrição de lâminas delgadas. 2. ed. Campinas: Unicamp; Goiânia: UFG, 2008. 135 p.

CASTRO, S. S.; COOPER, M.; SANTOS, M. C.; VIDAL-TORRADO, P. Micromorfologia do solo: bases e aplicações. In: CURI, N.; MARQUES, J. J.; GUILHERME, L. R. G.; LIMA, J. M.; LOPES, A. S.; ALVAREZ V., V. H. (Ed.). Tópicos em ciência do solo. Viçosa, MG: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2003. v. 3, p. 107-164.

COOPER, M.; VIDAL-TORRADO, P. Caracterização morfológica, micromorfológica e físico-hídrica de solos com horizonte B nítico. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 29, n. 4, p. 581-595, 2005.

COOPER, M.; VIDAL-TORRADO, P.; GRIMALDI, M. Soil structure transformations between ferralic and nitic horizons on a toposequence in southeastern Brazil. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 34, n. 5, p. 1685-1699, 2010.

FITZPATRICK, E. A. Micromorphology of soils. London: Chapman and Hall, 1984. 434 p.

FITZPATRICK, E. A. Soil microscopy and micromorphology. New York: J. Wiley & Sons, 1993. 304 p.

FOX, C. A.; PARENT, L. E. Micromorphological methodology for organic soils. In: CARTER, M. R. (Ed.). Soil sampling and methods of analysis. Boca Raton: CRC Press, 1993. p. 473-485.

HALLAIRE, V.; COINTEPAS, J. P. Caractérisation de la macroporosité d’un sol de verger par analyse d’image. Agronomie, v. 13, p. 155-164, 1993.

HORGAN, G. W. Mathematical morphology for analysing soil structure from images. European Journal of Soil Science, v. 49, n. 2, p. 161-173, 1998.

JONGERIUS, A.; HEINTZBERGER, G. Methods in soil micromorphology: a technique for the preparation of large thin sections. Wageningen: Soil Survey Institute, 1975. 150 p.

KUBIENA, W. L. Micropedology. Iowa: Collegiate Press Inc., 1938. 243 p.

MERMUT, A. R. Historical development in soil micromorphological imaging. Journal of Mountain Science, v. 6, p. 107-112, 2009.

MIEDEMA, R. Applications of micromorphology of relevance to agronomy. Advances in Agronomy, v. 59, p. 119-169, 1997.

MORAN, C. J.; KOPPI, A. J.; MURPHY, B. W.; MCBRATNEY A. B. Comparison of the macropore structure of a sandy loam surface soil horizon subjected to two tillage treatments. Soil Use and Management, v. 4, p. 96-102, 1988.

MURPHY, C. P. Thin section preparation of soils and sediments. Berkhamsted: A B Academic Publishers, 1986. 149 p.

MURPHY, C. P.; BULLOCK, P.; TURNER, R. H. The measurement and characterisation of voids in soil thin sections by image analysis. Part I. Principles and techniques. Journal of Soil Science, v. 28, p. 498-508, 1977.

RINGROSE-VOASE, A. J. A scheme for the quantitative description of soil macrostructure by image analysis. Journal of Soil Science, v. 38, p. 343-356, 1987.

RINGROSE-VOASE, A. J.; BULLOCK, P. The automatic recognition and measurement of soil pore types by image analysis and computer programs. Journal of Soil Science, v. 35, p. 673-684, 1984.

RUSS, J. C. The image processing handbook. Boca Raton: CRC Press, 2006. 885 p.

SERRA, J. Image analysis and mathematical morphology. London: Academic Press, 1982. 610 p.

STOOPS, G. Guidelines for analysis and description of soil and regolith thin sections. Madison: Soil Science Society of America, 2003. 184 p.

STOOPS, G. Seventy years of micropedology 1938-2008: the past and future. Journal of Mountain Science, v. 6, p. 101-106, 2009.

VEPRASKAS, M. J.; WILSON, M. J. Soil Micromorphology: concepts, techniques, and applications. In: ULERY, A. L.; DREES, R. Methods of soil analysis. Madison: Soil Science Society of America, 2008. p. 191-225.

1.8 Anexos

Figura 1. Sequência de coleta de amostras de solo indeformadas. A) Amostra esculpida com faca; B) embalagem de cartolina sobre a amostra; C) retirada da amostra indeformada do perfil; D) recobrimento da amostra com filme plástico.

Fotos: Miguel Cooper

Figura 2. Remoção de água das amostras. A) Secagem ao ar; B) sistema de troca de água por acetona.

Foto: Miguel Cooper

Figura 3. Sistema de impregnação utilizando dessecadores e vácuo.

Foto: Miguel Cooper

Figura 4. Capela de exaustão de ar forçado com amostras em processo de polimerização.

Foto: Miguel Cooper

Figura 5. Amostras impregnadas.

Foto: Miguel Cooper

Figura 6. Máquinas de corte e polimento.

Foto: Miguel Cooper

Figura 7. Lâminas delgadas de diferentes tamanhos: A=3x2 cm; B=4x3 cm; C=7x4 cm; D=16x9 cm.

Foto: Miguel Cooper

Figura 8. Blocos polidos utilizados para estudos de análises de imagens (observam-se as áreas desenhadas para aquisição da imagem).

Foto: Miguel Cooper

Figura 9. Microscópio petrográfico acoplado a um sistema de aquisição de imagens.

Foto: Miguel Cooper

Figura 10. Gabarito de plástico utilizado para marcar as áreas para aquisição de imagens em blocos polidos e lâminas delgadas.

Foto: Miguel Cooper

Figura 11. Sistema de análise de imagens com câmera fotográfica digital acoplada a uma lupa binocular.

Foto: Miguel Cooper

Figura 12. Imagem binária obtida após o processo de limiarização (thresholding).

Foto: Miguel Cooper

Apêndice
Expressão dos resultados
das análises de solo e
fatores de conversão

Apêndice 1 - Expressão dos resultados

1.1 Análises Físicas

Tabela 1. Unidades e precisão para expressão dos resultados das análises físicas solo na 1ª, 2ª e 3ª edições do manual de métodos de análises de solo.

Determinações

1a edição

(1979)⁽¹⁾

2a edição

(1997)⁽²⁾

3a edição

(2017)

Precisão (Casa decimal)

Terra fina, cascalho e calhaus

g/100 g

g/kg

g kg-1

0

Umidade atual

• Conteúdo gravimétrico de água

g/100 g

g/100 g

kg kg-1

1

• Conteúdo volumétrico de água

g/100 cm3

g/100 cm3

m3 m-3

1

Umidade residual

g/100 g

g/100 g

kg kg-1

1

Fator “f”

-

-

-

3

Retenção de água por: extrator de Richards, mesa de tensão, psicrômetro e centrífuga.

• Conteúdo gravimétrico de água

g/100 g

g/100 g

kg kg-1

1

• Conteúdo volumétrico de água

g/100 cm3

g/100 cm3

m3 m-3

1

Densidade do solo

g/cm3

g/cm3

kg dm-3

2

Densidade de partículas

g/cm3

g/cm3

kg dm-3

2

Porosidade total

• Macroporosidade

cm3/100 cm3

cm3/100 cm3

m3 m-3

0

• Mesoporosidade

-

-

m3 m-3

0

• Microporosidade

cm3/100 cm3

cm3/100 cm3

m3 m-3

0

• Criptoporosidade

-

-

m3 m-3

0

Análise granulométrica

• areia grossa ( 2 - 0,2 mm)

g/100 g

g/kg

g kg-1

0

• areia fina ( 0,2 - 0,05 mm)

g/100 g

g/kg

g kg-1

0

• silte ( 0,05 - 0,002 mm)

g/100 g

g/kg

g kg-1

0

• argila total ( < 0,002 mm)

g/100 g

g/kg

g kg-1

0

Relação silte / argila

-

-

-

2

Argila dispersa em água

g/100 g

g/kg

g kg-1

0

Grau de floculação

g/100 g

g/100 g

dag kg-1 ou %

0

Condutividade hidráulica

mm/h ou cm/h

mm/h ou cm/h

cm h-1

3

Estabilidade de agregados

• Diâmetro médio ponderado

-

-

mm

3

• Índice de estabilidade de agregados

-

-

%

0

Limite de liquidez

g/100 g

g/100 g

g g-1

0

Limite de pegajosidade

g/100 g

g/100 g

%

0

Ensaio de compressão

• Redução da porosidade total

-

-

%

0

Superfície específica

m2 /g

m2 /g

m2 g-1

1

Fonte: (1) Oliveira (1979); (2) Claessen (1997).

1.2 Análises Químicas

Tabela 2. Unidades(1) e precisão para expressão dos resultados das análises químicas do solo na 1ª, 2ª e 3ª edições do manual de métodos de análises de solo.

Determinações

1a edição (1979)⁽²⁾

2a edição (1997)⁽³⁾

3a edição
(2017)

Precisão (Casa decimal)

pH (água, KCl, CaCl2)

-

-

-

1

Fósforo disponível

ppm

mg/kg-1

mg kg-1

1

Cátions trocáveis

• Alumínio trocável

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Cálcio + magnésio trocáveis

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Cálcio trocável

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Magnésio trocável

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Potássio trocável

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1 ou mg kg-1

2

• Sódio trocável

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1 ou mg kg-1

2

Acidez

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

Hidrogênio extraível

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

Complexo sortivo do solo

• Soma de bases

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• CTC efetiva

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• CTC total

meq/100 g

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Valor V

%

%

%

0

Saturação por alumínio

%

%

%

0

Saturação por sódio

%

%

%

0

Ataque sulfúrico

• Sílica

g/100 g

g/kg

g kg-1

1

• Ferro no extrato sulfúrico

g/100 g

g/kg

g kg-1

1

• Titânio no extrato sulfúrico

g/100 g

g/kg

g kg-1

2

• Alumínio no extrato sulfúrico

g/100 g

g/kg

g kg-1

1

• Manganês no extrato sulfúrico

g/100 g

g/kg

g kg-1

2

• Fósforo no extrato sulfúrico

g/100 g

g/kg

g kg-1

2

Ki e Kr

-

-

-

2

Relação Al₂O₃ / Fe₂O₃

-

-

-

2

Ferro, alumínio, manganês e sílica livres (extraíveis)

g/100 g

g/kg

g kg-1

2

Sais solúveis

• Pasta saturada

%

%

%

0

• Condutividade elétrica

mmhos/cm (25ºC)

mS/cm (25ºC)

mS cm-1 (25ºC)

1

• Cálcio

meq/l

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Magnésio

meq/l

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Sódio

meq/l

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Potássio

meq/l

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• RAS

-

-

-

-

• Carbonatos

meq/l

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Bicarbonatos

meq/l

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Cloretos

meq/l

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

• Sulfatos

meq/l

cmolc/kg

cmolc kg-1

1

Equivalente de carbonato de cálcio

g/100 g

g/kg

g kg-1

0

Enxofre

g/100 g

g/kg

g kg-1

2

Microelementos

ppm

mg/kg-1

mg kg-1

0

Ataque triácido

g/100 g

g/kg

g kg-1

0

Fósforo remanescente

-

-

mg L-1

1

(1) Os resultados são expressos em terra fina seca ao ar ou em estufa (105 ºC).

Fonte: (2) Oliveira (1979); (3) Claessen (1997).

1.3 Análises da matéria orgânica

Tabela 3. Unidades e precisão para expressão dos resultados das análises da matéria orgânica do solo na 1ª, 2ª e 3ª edições do manual de métodos de análises de solo.

Determinações

1a edição
(1979)⁽¹⁾

2a edição
(1997)⁽²⁾

3a edição
(2017)

Precisão (Casa decimal)

Carbono orgânico

g/100 g

g/kg

g kg-1

1

Nitrogênio total

g/100 g

g/100 g

g kg-1

1

Nitrato e amônio

-

-

mg kg-1

1

Carbono e nitrogênio total (Analisador elementar)

-

-

g kg-1

2

Matéria orgânica

g/100 g

g/kg

g kg-1

1

Fracionamento químico da matéria orgânica

• Carbono: frações ácidos fúlvicos; ácidos húmicos e humina

-

-

g kg-1

1

• Valores participativos das frações

-

-

%

0

• Razões entre frações

-

-

-

2

Fracionamento físico da matéria orgânica

• Carbono e nitrogênio: fração leve livre; fração leve livre intra-agregado; fração areia; fração silte + argila e fração argila

-

-

g kg-1

1

• Valores participativos das frações

-

-

%

0

Solos altos teores de matéria orgânica

• Material mineral

• Densidade da matéria orgânica

• Resíduo mínimo

-

-

-

-

-

-

%

Mg m-3

cm cm-1

0

2

1

Fonte: (1) Oliveira (1979); (2) Claessen (1997).

Apêndice 2 - Fatores de conversão

Tabela 4. Fatores multiplicativos (fm)(1) de transformação dos resultados analíticos do solo, quando expressos em mg kg-1, g kg-1, dag kg-1, % ou cmolc kg-1.

Expressões por transformar

Y

mg kg-1

g kg-1

dag kg-1 (2)

cmolc kg-1

X mg kg-1

1

0,001

0,0001

1/F1(3)

X g kg-1

1.000

1

0,1

1.000/F1

X dag kg-1

10.000

10

1

10.000/F1

X cmolc kg-1

F1

0,001 x F1

0,0001 x F1

1

(1) Y = (fm . X); (2) dag kg-1 = % (m m-1); (3) F1 = (peso molecular/valência) x 10.

Fonte: Adaptado de Ribeiro et al. (1999) e Freire et al. (2013).

Tabela 5. Fatores multiplicativos (fm)(1) de transformação de unidade de
pressão/sução e potencial de água no solo mais comumente usados no Brasil.

Expressões por transformar

Y

kPa(2)

Bar

mca(3)

mm Hg

PSI(4)

X kPa

1

98

9,8

0,1333

6,8947

X Bar

0,0102

1

0,1

0,0014

0,0704

X mca

0,102

10

1

0,0136

0,7035

X mmHg

7,5006

735,06

73,506

1

51,7149

X PSI

0,14503

14,2137

1,4214

0,0193

1

(1) Y = (fm . X); (2) geralmente as unidades de pressão em Pascal (Pa) são expressas em quilo (k) ou mega (M) Pascal; (3) mca se refere a metros (m) de coluna de água; (4) PSI refere a libras por polegada quadrada (pounds per square inch). Obs.: uma unidade tradicional, mas não mais recomendada nas publicações em física do solo, é o pF referindo-se ao valor do log(10) da pressão/sucção expressa em cm de coluna de água.

Tabela 6. Fatores multiplicativos (fm)(1) entre as unidades e formas dos macronutrientes.

Centimol de carga

Forma elementar

Forma de óxido

Forma de radical

Forma de sal

Para N

Y cmolc

Y g N

Y g NO3- (3)

Y g NH4+

Y g NH4NO3

X cmolc

1(2)

0,14007

0,62007

0,18039

0,80046

X g N

7,1393

1

4,42689

1,28786

2,85736

X g NO3-

1,6127

0,22589

1

0,29092

1,29092

X g NH4+

5,5435

0,77648

3,43739

1

4,43739

X g NH4NO3

1,2493

0,34997

0,77464

0,22536

1

Para P

Y cmolc

Y g P

Y g P2O5

Y g PO43-

Y g Ca(H2PO4)2H2O

X cmolc

1

0,10325

0,23658

0,31658

1,26037

X g P

9,6855

1

2,29140

3,06624

4,06912

X g P2O5

4,2269

0,43641

1

1,33815

1,77582

X g PO43-

3,1588

0,32613

0,74730

1

1,32707

X g Ca(H2PO4)2H2O

0,7934

0,24575

0,56312

0,75354

1

Para K

Y cmolc

Y g K

Y g K2O

Y g KCl

X cmolc

1

0,39098

0,47098

-

0,74551

X g K

2,5577

1

1,20461

-

1,90677

X g K2O

2,1232

0,83014

1

-

1,58289

X g KCl

1,3414

0,52445

0,63176

-

1

Para Ca

Y cmolc

Y g Ca

Y g CaO

Y g CaCO3

X cmolc

1

0,20039

0,28039

-

0,50045

X g Ca

4,9903

1

1,39922

-

2,49736

X g CaO

3,5665

0,71468

1

-

1,78482

X g CaCO3

1,9982

0,40042

0,56028

-

1

Para Mg

Y cmolc

Y g Mg

Y g MgO

Y g MgCO3

X cmolc

1

0,12153

0,20153

-

0,42158

X g Mg

8,2288

1

1,65830

-

3,46908

X g MgO

4,9622

0,60303

1

-

2,09195

X g MgCO3

2,3720

0,28826

0,47802

-

1

Para Mg

Y cmolc

Y g S

Y g SO42-

Y g CaSO4.2H2O

X cmolc

1

0,16033

-

0,48033

0,86072

X g S

6,2371

1

-

2,99588

5,36843

X g SO42-

2,0818

0,33379

-

1

1,79193

X g CaSO4.2H2O

1,1618

0,18627

-

0,55806

1

(1) Y = (fm . X). (2) Esses fatores, exceto cmolc, podem ser usados em outras transformações com unidades ponderais. (3)Não é óxido, mas sim radical.

Fonte: Ribeiro et al. (1999).

3 Referências

CLAESSEN, M. E. C. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev. e atual. Rio de Janeiro: EMBRAPA-CNPS, 1997. 212 p. (EMBRAPA-CNPS. Documentos, 1).

FREIRE, L. R.; BALIEIRO, F. de C.; ZONTA, E.; ANJOS, L. H. C. dos; PEREIRA, M. G.; LIMA, E.; GUERRA, J. G. M.; FERREIRA, M. B. C.; LEAL, M. A. A.; CAMPOS, D. V. B. de; POLIDORO, J. C. (Eds.). Manual de calagem e adubação do Estado do Rio de Janeiro. Brasília, DF: Embrapa; Seropédica, RJ: Editora Universitária Rural, 2013. 430p.

OLIVEIRA, L. B. de (Coord.). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA-SNLCS, 1979.

RIBEIRO, A. C.; GUIMARÃES, P. T.; ALVAREZ V., V. H. (Eds.). Recomendações para o uso de corretivos e fertilizantes em Minas Gerais. 5ª Aproximação. Viçosa: Comissão de Fertilidade do Solo do Estado de Minas Gerais, 1999. 359p.