Mostrar código-fonte de Capacidade de troca catiónica

{{Short description|Parâmetro químico dos solos}}
[[File:CEC concept.svg|thumb|350px|Troca de catiões na superfície de uma partícula da [[matriz do solo]].]]
[[File:CEC pH.svg|thumb|350px|Efeito do [[pH do solo]] na capacidade de troca catiónica.]]
[[File:CEC measurement principle.svg|thumb|350px|Princípio da medição de capacidade de troca catiónica no solo.]]

'''Capacidade de troca catiónica''', frequentemente referida por '''valor-T''' ou '''CTC''' (por vezes '''CEC''', do inglês '''''c'''ation-'''e'''xchange '''c'''apacity''), é uma medida do número de [[Catião|catiões]] que podem ser retidos na superfície das partículas que constituem a [[matriz do solo]].<ref name = BradyWeil>{{cite book | title = The nature and properties of soils | year = 2008 | edition = 14th | last1 = Brady | first1 = Nyle C. | last2 = Weil | first2 = Ray R. | publisher = Pearson | location = Upper Saddle River, USA }}</ref> As [[carga elétrica|cargas elétricas negativas]] presentes na superfície das partículas do solo ligam átomos ou moléculas de [[Catião|carga positiva]] (os catiões), mas permitem que estes troquem com outras partículas de carga positiva em solução na [[água do solo]].<ref name = Birkeland>{{cite book | title = Soils and geomorphology | year = 1999 | edition = 3rd | last = Birkeland | first = Peter W. | publisher = Oxford University Press | location = Oxford}}</ref> Esta é uma das formas pelas quais os materiais sólidos do solo alteram a [[química do solo]]. A capacidade de troca catiónica afecta muitos aspectos da química do solo, sendo utilizada como medida da [[fertilidade do solo]], uma vez que indica a capacidade do solo para reter vários [[nutrientes]] na forma disponível para as plantas (entre os quais K<sup>+</sup>, NH<sub>4</sub><sup>+</sup> e Ca<sup>2+</sup>). Também indica a capacidade de retenção de catiões provenientes da [[poluição do solo|poluição dos solos]] (entre os quais Pb<sup>2+</sup>).
==Descrição==
A capacidade de troca catiónica ([[abreviatura|abrev.]]:&nbsp;''CTC'' ou ''valor T'') é uma medida do número de [[Catião|catiões]] permutáveis e, por conseguinte, do número de sítios de ligação negativos dos permutadores de iões presentes no solo. Representa um importante [[valor caraterístico]] do solo e depende não só da sua composição [[química]], mas também da sua natureza [[mecânica]], uma vez que a área de superfície ativa efectiva está relacionada com o tamanho dos [[coloide]]s constituintes da [[matriz do solo]].

A capacidade de troca catiónica é definida como a quantidade de [[Carga elétrica|carga elétrica positiva]] que pode sofrer [[troca iónica]] por massa de solo, normalmente medida em medida em [[Mole (unidade)|moles]] de carga eléctrica e expressa em [[cmol]]<sub>c</sub>/kg. Uma capacidade de troca catiónica de 10 [[cmol]]<sub>c</sub>/kg pode conter 10 cmol de catiões Na<sup>+</sup> (com 1 unidade de carga por [[catião]]) por quilograma de solo, mas apenas 5 cmol Ca<sup>2+</sup> (2 unidades de carga por catião).<ref name = BradyWeil/> 

Do ponto de vista quantitativo, a capacidade de troca catiónica é definida como:<ref>Ad-hoc-Arbeitsgruppe Boden: [http://www.schweizerbart.de/pubs/isbn/bgr/bodenkundl-3510959205-desc.html ''Bodenkundliche Kartieranleitung''], Hrsg.: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Zusammenarbeit mit den Staatlichen Geologischen Diensten, 5. Aufl., 438 S.; 41 Abb., 103 Tab., 31 Listen, Hannover 2005. ISBN 3-510-95920-5.</ref><ref>[https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/infoteca/bitstream/doc/1087328/1/Pt2Cap6Complexosortivodosolo.pdf EMBRAPA: ''Manual de Métodos de Análise de Solo''].</ref>

:<math>\mathrm{Valor T} = \mathrm{CTC} = \sum_{i=1}^k \frac{n_i \cdot z_i}{m}</math>

onde
* ''k'' é o número total de espécies catiónicas [[sorção|sorvidas]]
* ''n<sub>i</sub>'' é a [[quantidade de substância]]&nbsp;do catião&nbsp;''i''
* ''z<sub>i</sub>'' é a [[valência (química)|valência]]&nbsp;do catião&nbsp;''i'' (por exemplo: Al<sup>3+</sup> tem a valência&nbsp;3)
* ''m'' é massa de solo de referência.

A capacidade de troca catiónica é indicada em&nbsp;c[[mol]]/kg ou em&nbsp;mmol<sub>c</sub>/kg. Alguns textos utilizam as unidades equivalentes mais antigas, nomeadamente [[miliequivalente|me]]/100g ou [[Val (unidade)|meq]]/100g. A designação mili[[equivalente]] por 100 gramas, ou meq/100 g, não segue as normas actuais da [[IUPAC]] tendo por isso sido substituída por [[cmol]]<sub>c</sub>/kg, embora, para efeitos práticos, ambas as unidades tenham o mesmo valor numérico.

A capacidade de troca catiónica resulta de várias cargas negativas nas superfícies das partículas do solo, especialmente as dos [[minerais de argila]], da [[matéria orgânica do solo]] e dos [[complexo organomineral|complexos argilo-húmicos]], quando estes estejam presentes. As argilas do grupo dos [[filossilicato]]s são constituídas por camadas de [[Óxido de alumínio|óxidos de alumínio]] e de [[Óxido de silício|silício]]. A substituição de átomos de alumínio ou silício por outros elementos com carga mais baixa (por exemplo Al<sup>3+</sup> substituído por Mg<sup>2+</sup>) pode conferir à estrutura da [[argila]] uma carga negativa líquida.<ref name = Birkeland/>

A criação destas cargas não envolve [[desprotonação]] e é, portanto, independente do [[pH]], sendo por isso chamada de carga permanente.<ref name = BradyWeil/> Além disso, os bordos das camadas de argila expõem muitos grupos [[hidroxila]] ácidos que são desprotonados para deixar cargas negativas nos níveis de pH presentes em muitos solos. A [[matéria orgânica]] também contribui de forma muito significativa para a troca catiónica, devido ao seu grande número de [[Grupo funcional|grupos funcionais]] carregados. A capacidade de troca catiónica é tipicamente mais elevada perto da superfície do solo, onde o teor de matéria orgânica é mais elevado, e diminui com a profundidade.<ref>{{cite book | title = Böden der Welt | year = 2014 | edition = 2nd | last1 = Zech | first1 = Wolfgang | last2 = Schad | first2 = Peter | last3 = Hintermeier-Erhard | first3 = Gerd | publisher = Springer Spektrum | location = Berlin | lingua = de}}</ref> A capacidade de troca catiónica da matéria orgânica é altamente dependente do pH.<ref name = BradyWeil/>

Os catiões são [[sorção|adsorvidos]] na superfície das partículas do solo pela [[interação eletrostática]] entre a sua carga positiva e a carga negativa da superfície, mas retêm um invólucro de moléculas de água e não formam ligações químicas diretas com a superfície da partícula.<ref name = Schaetzl>{{cite book | title = Soils: Genesis and geomorphology | year = 2015 | edition = 2nd | last1 = Schaetzl | first1 = Randall J. | last2 = Thompson | first2 = Michael L. | publisher = Cambridge University Press | location = Cambridge}}</ref> Os catiões permutáveis fazem assim parte da [[camada dupla eletroquímica|camada difusa]] acima da superfície carregada. A ligação é relativamente fraca, e um catião pode ser facilmente deslocado da superfície por outros catiões da [[solução aquosa]] circundante.
===Valores típicos e efeito do pH do solo===
{{AP|Acidez do solo}}
A capacidade de troca catiónica de um solo é determinada pelos seus materiais constituintes, que podem variar muito nos seus valores individuais de capacidade de troca catiónica. Esta capacidade depende, portanto, dos materiais de origem a partir dos quais o solo se desenvolveu e das condições em que se desenvolveu. Estes factores são também importantes para determinar o [[pH do solo]], que tem uma grande influência na capacidade de troca catiónica do [[solo]].<ref name = BradyWeil/><ref name = Carroll>{{cite journal| last1 = Carroll | first1 = D.| title = Cation exchange in clays and other minerals | date = 1959 | journal = Bulletin of the Geological Society of America | volume = 70 | issue = 6| pages = 749–780 | doi=10.1130/0016-7606(1959)70[749:ieicao]2.0.co;2}}</ref><ref>{{cite web | url = http://soilquality.org.au/factsheets/cation-exchange-capacity | title = Cations and Cation Exchange Capacity | access-date = Junho 23, 2017}}</ref>

A quantidade de carga negativa resultante da desprotonação dos [[Hidroxilo|grupos hidroxilo]] da argila e da matéria orgânica depende do [[pH]] da solução circundante. O aumento do pH (ou seja, a diminuição da concentração de catiões H<sup>+</sup>) aumenta esta carga variável e, por conseguinte, também aumenta a capacidade de permuta catiónica.

Para além do [[protão (química)|H]]<sup>+</sup>, os catiões permutáveis presentes nos solos são principalmente catiões [[Metal|metálicos]] simples, entre os quais:
* [[Sódio|Na]]<sup>+</sup> e&nbsp;[[Potássio|K]]<sup>+</sup> como iões monovalentes;
* [[Magnésio|Mg]]<sup>2+</sup> e&nbsp;[[Cálcio|Ca]]<sup>2+</sup> como iões bivalentes;
* [[Alumínio|Al]]<sup>3+</sup> e&nbsp;[[Ferro|Fe]]<sup>3+</sup> como iões trivalentes.

[[File:CEC_values_plot.svg|thumb|500px|Gamas típicas de capacidade de troca catiónica dos materiais do solo.]]
{| class="wikitable"
| CTC média (a pH = 7) para alguns solos com base na classificação da [[USDA soil taxonomy|USDA Soil Taxonomy]]<ref>{{cite journal | last1 = Holmgren | first1 = G.G.S. | last2 = Meyer | first2 = M.W. | last3 = Chaney | first3 = R.L. | last4 = Daniels | first4 = R.B. | title = Cadmium, Lead, Zinc, Copper, and Nickel in Agricultural Soils of the United States of America | date = 1993 | journal = Journal of Environmental Quality | volume = 22 | issue = 2 | pages = 335–348 | doi=10.2134/jeq1993.00472425002200020015x| bibcode = 1993JEnvQ..22..335H }}</ref>
|-
! Ordem !! CTC (cmol<sub>c</sub>/kg)
|-
| [[Ultisols]] || 3,5
|-
| [[Alfisols]] || 9
|-
| [[Spodosols]] || 9,3
|-
| [[Entisols]] || 11,6
|-
| [[Mollisols]] || 18,7
|-
| [[Vertisols]] || 35,6
|-
| [[Histosols]] || 128
|}

Os catiões permutáveis podem ser deslocados dentro do solo, transferidos para [[ecossistema]]s vizinhos (por exemplo, [[massas de água]]) ou absorvidos pelas [[Raiz (botânica)|raízes das plantas]]. Por essa via, afectam diretamente o fornecimento de nutrientes às plantas e o equilíbrio de nutrientes nas paisagens.

Além disso, os catiões permutáveis influenciam propriedades importantes do solo, como a [[estrutura do solo]], o equilíbrio da água e do ar, a [[reação do solo]] e a [[atividade biológica]]. A capacidade de troca catiónica de um solo pode, portanto, ser considerada como uma medida de avaliação do solo (por exemplo, para mapas do potencial agrícola dos solos).

=== Capacidades potencial e efetiva de troca catiónica ===
A capacidade potencial de permuta catiónica&nbsp;CTC<sub>pot</sub> indica o número máximo de ''possíveis'' locais de ligação de catiões livres e, de acordo com a norma&nbsp;[[DIN ISO]]&nbsp;13536, refere-se à capacidade de permuta catiónica a um valor de [[base (química)|básico]]  de [[pH]] do solo (pH&nbsp;=&nbsp;8,1).

Por outro lado, as [[Classificação do solo|classificações internacionais do solo]] (como as da [[FAO]]-[[UNESCO]] e a [[USDA Soil Taxonomy]]) determinam o potencial&nbsp;CEC a&nbsp;pH=7 (neutro).

A capacidade efectiva de troca catiónica&nbsp;CTC<sub>eff</sub> indica o número de sítios de ligação de catiões ''realmente'' livres no valor real do pH do solo.

===Saturação de bases e capacidade de troca aniónica===
{{AP|Capacidade de troca|Saturação por bases}}
A saturação de bases exprime a percentagem da capacidade de troca catiónica potencial ocupada pelos catiões Ca<sup>2+</sup>, Mg<sup>2+</sup>, K<sup>+</sup> ou Na<sup>+</sup>.<ref name = BradyWeil/><ref name = Schaetzl/> Estes catiões são tradicionalmente designados por ''catiões-base'' por não serem ácidos, embora não sejam [[Base (química)|bases]] no sentido químico habitual.<ref name = BradyWeil/>

A saturação de bases fornece um índice da [[meteorização]] do solo<ref name = Schaetzl/> e reflecte a disponibilidade de nutrientes catiónicos permutáveis para as plantas.<ref name = BradyWeil/>

As cargas positivas dos minerais do solo podem reter [[Anião|aniões]] pelo mesmo princípio da troca catiónica. As superfícies da [[caulinite]], das [[alofana]]s e dos [[sesquióxido]]s de ferro e alumínio têm frequentemente cargas positivas.<ref name = BradyWeil/> Na maioria dos solos, a capacidade de troca catiónica é muito maior do que a capacidade de troca aniónica, mas o oposto pode ocorrer em solos altamente meteorizados,<ref name = BradyWeil/> como os [[ferralsols]] ([[oxisols]]).

==Medição==
A capacidade de troca catiónica é medida deslocando todos os catiões ligados com uma solução concentrada de outro catião e medindo depois os catiões deslocados ou a quantidade de catião adicionado que é retida.<ref name = BradyWeil/> Iões de [[bário]] (Ba<sup>2+</sup>) e de [[amónio]] (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) são frequentemente utilizados como catiões permutadores, embora existam muitos outros métodos disponíveis.<ref name = Schaetzl/><ref name = Pansu>{{cite book | title = Handbook of Soil Analysis | year = 2006 | last1 = Pansu | first1 = Marc | last2 = Gautheyrou | first2 = Jacques| publisher = Springer-Verlag | location = Berlin | pages = 709–754| bibcode = 2006hsa..book.....P }}</ref>

As medições de capacidade de troca catiónica dependem do pH e, por isso, são frequentemente efectuadas com uma [[solução tampão]] num determinado valor de pH. Se este pH for diferente do pH natural do solo, a medição não reflectirá a verdadeira capacidade de troca catiónica em condições normais. Tais medições de capacidade de troca catiónica são designadas por ''capacidade de troca catiónica potencial''. Em alternativa, a medição na solução ao pH nativo do solo é designada por ''capacidade de troca catiónica efectiva'', a qual reflecte melhor o valor real, mas pode dificultar a comparação direta entre solos.<ref name = BradyWeil/><ref name = Pansu/>
==Referências==
{{reflist}}

==Bibliografia==
* Ramos, F.T.; Dores E.F.G.C.; Weber O.L.S.; Beber D.C.; Campelo Jr J.H.; Maia J.C.S. (2018) "Soil organic matter doubles the cation exchange capacity of tropical soil under no-till farming in Brazil". ''J Sci Food Agric.'' [http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jsfa.8881/abstract 10.1002/jsfa.8881]
* Ad-hoc-Arbeitsgruppe Boden: [http://www.schweizerbart.de/pubs/isbn/bgr/bodenkundl-3510959205-desc.html ''Bodenkundliche Kartieranleitung''], Hrsg.: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Zusammenarbeit mit den Staatlichen Geologischen Diensten, 5. Aufl., 438 S.; 41 Abb., 103 Tab., 31 Listen, Hannover 2005. ISBN 3-510-95920-5

==Ver também==
* [[Capacidade de troca]]
* [[Taxa de saturação por bases]]

=={{Links}}==
* [https://web.archive.org/web/20060207182413/http://www.isric.nl/ ISRIC (Centro Internacional de Suelo e Información)]
* [https://web.archive.org/web/20071211004502/http://hubcap.clemson.edu/~blpprt/bobweb/BOBWEB23.HTM Robert Lippert, Servicio de Extensión de la Clemson University]
* [http://www.microsoil.com Microsoil.com Capacidad de Intercambio Catiónico]
* [https://web.archive.org/web/20110411133928/http://www.ces.purdue.edu/extmedia/ay/ay-238.html David B. Mengel, Departamento de Agronomía, Purdue University]
* [http://nachgeschlaut.de/naturwissenschaften/bodenkunde/75-die-kationenaustauschkapazitaet-kak Bodenkunde: Kationenaustauschkapazität]
* [http://www.geodz.com/deu/d/Kationenaustauschkapazität Geolexikon: Kationenaustauschkapazität]


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