jueves, 24 de febrero de 2011

Propiedades fisicas y quimicas del suelo

Objetivo:
Analizar, definir y comprender las propiedades físicas y químicas que caracterizan a una muestra de suelo, haciendo esto posible dentro del laboratorio con los procedimientos establecidos
Investigación

La parte sólida del suelo es en parte inorgánica, derivada de rocas, y en parte es orgánica, la constituida por seres vivos, tales como plantas, animales y bacterias.

Los suelos proceden unas veces del arrastre de materiales por efecto de las aguas, los vientos o los glaciares, formando los depósitos aluviales, y, otras veces, de la descomposición mecánica o química en el propio lugar, dando entonces los depósitos eluviales.

Una vez formado este suelo, se va desarrollando lentamente, bajo la influencia del clima, de la vegetación y del relieve, y, también, por la acción de una serie de microorganismos.

Todo esto da lugar a la tierra cultivable, ya que la sola roca pulverizada no es apta para sostener la vida vegetal. En la mayoría de los suelos entran una gran diversidad de elementos químicos, necesarios para la vegetación.

De éstos, algunos son obtenidos del aire y del agua, como el carbono, el oxígeno, y otros los extraen las plantas del propio suelo, como el fósforo, hierro, azufre, calcio, potasio y magnesio. Las leguminosas pueden obtener el nitrógeno del aire, de la misma forma que del suelo.

Propiedades fisicas
 OBJETIVO
Conocer las caracteristicas fisicas y quimicas de muestras de suelo.

INTRODUCCION
El suelo es una parte fundamental de los escosistemas, contiene agua y elementos nutritivos que los seres vivos utilizan. En el se apoyan y nutren las plantas en su crecimiento y condiciona el desarrollo del ecosistema.

  El suelo constituye un recurso natural de gran importancia, que des- empeña funciones en la superficie terrestre como reactor natural y hábitat de organismos, así como soporte de infraestructura y fuente de materiales no renovables (Sposito 1989, UNESUR 2004).
Reactor natural. El suelo es un elemento filtrante, amortiguador y transformador, que regula los ciclos del agua y los biogeoquímicos. Tiene la propiedad de retener sustancias mecánicamente o fijarlas por adsorción, contribuyendo a la protección de aguas subterráneas y superficiales contra la penetración de agentes nocivos. El suelo, además, promueve fenómenos de evotranspiración o transpiración del aire a través de la superficie.
Hábitat de organismos y reserva genética. El suelo constituye, junto con el agua, el aire y la luz solar, el fundamento de la vida en los ecosistemas terrestres, alberga una gran diversidad de organismos y microorganismos.
Soporte físico de infraestructura. Por sus características físicas, químicas y mecánicas, el suelo posee propiedades de soporte para el desarrollo de actividades forestales, recreativas y agropecuarias, además de socio- económicas como vivienda, industria y carreteras, entre otras.
Fuente de materiales no renovables. El suelo es un yacimiento de materias primas, como minerales no metálicos de interés para la construcción (piedra, mármol, caliza, yeso, arena), minerales metálicos (blenda, galena, siderita, pirita) y combustibles fósiles como el petróleo.
El suelo es una mezcla compleja de materiales inorgánicos (fracción mineral, formada principalmente de arcillas, limo y arena), materia orgánica, agua/aire y organismos vivos (figura 1). A continuación se describe brevemente cada una de estas fracciones (Sposito 1989, Miller 1994).
Fracción mineral. Los componentes minerales constituyen la mayor parte de la estructura de un suelo (figura 1). En orden de abundancia, los elementos más comúnmente encontrados en los minerales son: O > Si > Al > Fe > C > Ca > K > Na > Mg > Ti. Los minerales se dividen en primarios y secundarios; los primeros se encuentran constituidos principalmente por O y Si y forman silicatos de estructuras Si-O (grava y arena). Los minerales secundarios, provenientes de procesos de disolución y precipitación, son de suma importancia debido a su superficie de reacción, y a que sirven como depósitos de agua, nutrientes y materia orgánica, lo que le confiere la parte activa de un suelo (arcillas).
Los suelos se clasifican, en función a su tamaño de partícula, en cuatro principales componentes: arcilla (tamaño de partícula menor a 0.002 mm), limo (0.002-0.05 mm), arena (0.05-2 mm) y grava (partículas mayores a 2 mm). Las cantidades relativas de cada tipo de partícula mineral determinan la textura de un suelo y tienen un impacto directo sobre sus propiedades físicas, químicas y biológicas (Miller 1994, Van Deuren et al. 2002).
Fracción orgánica. La fracción orgánica de los suelos está constituida por desechos vegetales y animales, además de cantidades variables de materia orgánica amorfa llamada humus. La fracción orgánica en un suelo puede ser muy variable: un suelo árido puede contener cerca de 0.5%, mientras que una turba puede tener alrededor de 95%; sin embargo, la mayoría de los suelos, en general, tiene un contenido de materia orgánica entre 0.5 y 5%.
Fracción agua/gases. Los espacios, o poros, que hay entre partículas sólidas (orgánicas e inorgánicas) del suelo, contienen diversas cantidades de dos componentes inorgánicos clave: el agua y el aire. El agua es el principal componente líquido de los suelos y contiene sustancias minerales, oxígeno (O2) y bióxido de carbono (CO2) en disolución, mientras que la fase gaseosa en los suelos está constituida por aire. Dependiendo del contenido de humedad del suelo, los poros se encontrarán ocupados por agua o por aire (figura 1).
En general, la composición química y la estructura física del suelo están determinadas por el tipo de material geológico del que se origina, por la cubierta vegetal, por el tiempo en que ha actuado la meteorización (desintegración por la acción de agentes atmosféricos), por la topografía y por los cambios artificiales resultantes de las actividades humanas (Sposito 1989).
Los componentes de los suelos maduros se encuentran dispuestos en una serie de zonas llamadas horizontes (figura 2). El arreglo de estos horizontes en un suelo se conoce como un perfil edáfico o perfil del suelo. Cada horizonte se caracteriza por tener diferentes propiedades como color, textura, estructura, espesor y composición (tipo de minerales y elementos químicos presentes), además de su consistencia y reacción. Todas estas propiedades son utilizadas para definir los tipos de horizontes, de los cuales se han identificado a la fecha seis, simbolizados con las letras mayúsculas O, A, E, B, C y R (Miller 1994, Jaramillo 2001).
La mayoría de los suelos maduros posee, al menos, tres de los horizontes (A, B y C), pero suelos recientes o poco desarrollados pueden carecer de ellos. Algunos suelos tienen una capa orgánica (horizonte O) compuesta principalmente por hojas, desechos animales, hongos y otros materiales orgánicos parcialmente descompuestos.

Figura 2. Perfil general de un suelo. El espesor, presencia y composición de los horizontes varía en función del tipo de suelo y las condiciones climáticas

El horizonte A, comúnmente es una mezcla porosa de materia orgánica descompuesta (humus), organismos vivos y algunas partículas minerales. El horizonte E, es una capa mineral de color claro, en la que ocurren pérdidas de arcillas, minerales y cationes por lixiviación, generándose una acumulación de arena y limo. Los horizontes B (subsuelo) y C (material perental parcialmente descompuesto), son los que contienen la mayor parte de la materia inorgánica del suelo. El horizonte B contiene depósitos de arcillas y minerales (aluminio, óxidos de aluminio y carbonato de calcio) que recibe de las capas más superficiales por efecto de escurrimientos; el horizonte C en su mayor parte, es roca disgregada en forma de mezclas variables de arena, arcilla y grava, que contiene un mínimo de material orgánico; este horizonte, normalmente descansa sobre un lecho de roca (material parental) denominado con la letra R, el cual no es considerado como suelo (Miller 1994, Jaramillo 2001).

Tipos de suelos y su distribución en México

El territorio mexicano abarca 1,953,162 km2 y está distribuido, casi por partes iguales, a ambos lados del trópico de cáncer. El perímetro del país es de 15,518 km, de los cuales 11,208 km son litorales y 4,310 km fronteras. (INEGI 1997). Debido a la compleja historia geológica de la superficie terrestre que México ocupa, y a los diferentes factores ambientales, fisiográficos, climáticos y biológicos, el país presenta una gran diversidad de suelos.
La clasificación internacional de los suelos, de acuerdo al sistema FAO/UNESCO/ISRIC de 1988, divide a los suelos en unidades o categorías de acuerdo a ciertas características generales, como su morfología y composición, con énfasis en las propiedades que se pueden ver, sentir o medir; por ejemplo, la profundidad, el color, la textura, la estructura y la composición química; así como las características de los horizontes, junto con el grosor, número y naturaleza de las capas, entre otros factores (Semarnat 2004a). De acuerdo con esta clasificación de suelos, actualmente, existen 28 unidades principales y153 subunidades. De estas 28 categorías reconocidas en el mundo, en México se encuentran presentes 25, y 10 de ellas conforman el 74% de la superficie nacional. Las tres categorías dominantes en el territorio, en términos de superficie, son los Leptosoles, Regosoles y Calcisoles (cuadro 1) (Semarnat 2004a).




composición inorgánica del suelo

Hipótesis
Se deberá de poder determinar las propiedades físicas y químicas de la muestra de suelo obtenida usando los procedimientos ya establecidos, haciendo todo esto dentro del laboratorio


Procedimientos
COMPOSICIÓN ORGÁNICA DEL SUELO.
1.Pesar 10 g de suelo seco en una cápsula de porcelana.
2.Colocar la cápsula de porcelana en la rejilla del soporte universal, enciende el mechero, y calienta  hasta la calcinación (de 15 a 20 minutos). Si la muestra de suelo posee un alto contenido de hojarasca,    el tiempo se prolongará lo suficiente hasta su total calcinación. 3.Dejar enfriar la mezcla y posteriormente pésala nuevamente, anotando la variación de la masa.
Propiedades físicas del suelo-

Densidad

1. para medir la masa de una muestra de tierra, se coloca ésta en una balanza (utiliza un vidrio de reloj o cápsula de porcelana) para colocarla en el platillo de la balanza.

2. Para determinar el volumen de la muestra de suelo, una vez medida su masa en la
balanza, se hace por medio de desplazamiento de agua (considerando que la tierra es
un sólido insoluble en ésta.

3. Volumen por desplazamiento de agua. En una probeta agrega 20 o 30 mL de agua
(dependiendo de la cantidad de tierra que hayas medido su masa) y posteriormente
agrega la tierra, el aumento en el nivel del agua corresponde al volumen de la tierra.

4. Volumen agua + Volumen de tierra =  V2
Entonces   Volumen de tierra = V2  -  Volumen de agua

Así Indica la cantidad de agua que existe en el suelo (tipo de tierra) expresada en porcentaje.

% de humedad

1. Mide la masa de una muestra de suelo en una balanza; en una cápsula o crisol de
porcelana. Recuerda medir previamente la MASA DE LA CÁPSULA O CRISOL, para
restarle posteriormente su valor. (masa inicial)

2.Como se requiere conocer la cantidad de agua que contiene el suelo, necesitamos
eliminar ésta de la muestra, por ello, debemos calentar hasta lograrlo, para tener un
calentamiento homogéneo utilizamos una estufa o mufla, el tiempo necesario
dependiendo del tamaño de muestra.

3. Una vez eliminada el agua de la mezcla, procedemos a medir la masa nuevamente (masa
final).

4. A ambos valores de masa hay que restar el valor de la masa de la cápsula o crisol.
Entonces:
Masa de agua  =  masa inicial  -   masa final
% Humedad será:
Masa inicial    -      100%
Masa agua      -     X %               X%  = % Humedad

% de aire
La cantidad de aire que contiene un tipo de suelo, depende del tamaño de las moléculas que posea la mezcla.
 Por el tamaño de éstas partículas se tiene mayor o menor porosidad, y por lo tanto tendremos mayor o menor cantidad de aire entre éstas.
Para medirlo tenemos que:
  1. Medir en una probeta de 50 o 100 mL completamente seca, el volumen de una 
Muestra de  suelo.
  1. Medir en una probeta de 50 o 100 mL completamente seca, el volumen de una mmuestra de  suelo.
       3. En otra probeta de 50 o 100 mL agregar 30 mL de agua.
      
       4. vaciar la tierra a la probeta que contiene el agua, observaras que el nivel de liquido cambia y salen algunas burbujas de ello.
Así, tenemos volumen de tierra seca (V1), volumen de agua (V2)  y volumen de agua con
tierra (V3), entonces:
       Si       V3  -   V2  =  Volumen de aire

               Volumen de tierra seca    -    100%


Solubilidad

Esta propiedad no la determinaremos por cada uno de los componentes de la mezcla
De suelo, nos abocaremos a considerar en cada muestra que hay materia que es
soluble en agua y otra que no lo es (sin considerar cuantas sustancias lo son y cual
es su valor de solubilidad)
Por lo tanto consideraremos que tendremos un porcentaje en masa de materia soluble
y de materia insoluble, entonces determinaremos:
  1. Medir la masa de una muestra de suelo (M1), en una cápsula de porcelana 
  2. Agregar agua y agitar la mezcla para ayudar a disolver a las sustancias solubles.
      3. Filtrar la mezcla y recoger el filtrado en la cápsula de porcelana limpia.
4. Evaporar el agua del filtrado hasta la cristalización de alguna sustancia.
5. Dejar enfriar y medir nuevamente la masa del contenido de la cápsula (M2)
Entonces:
                Cantidad de sustancias solubles  =  M2
              Cantidad de sustancias Insolubles =  M1  -  M2

                 M    -    100%
                 M2     -     Z%              Z% = % de materia soluble en la muestra











Componente fase inorgánica del suelo.

1. Extracción acuosa de la muestra de suelo.
Pesa 10 g de suelo previamente seca al airey tamízalo a través de una malla de 2 mm.  Introduce la muestra en un
matraz y agrega 50 mL de agua destilada. Tapa el matraz y agita el contenido de 3 a 5 minutos. Filtra el
extracto, y en caso de que éste sea turbio, repite la operación utilizando el mismo filtro. Al concluir la filtración
tapa el matraz.

IDENTIFICACIÓN DE ANIONES

2. Identificación de cloruros (Cl-1).
Reacción Testigo: en un tubo de ensaye coloca 2 mL de agua destilada y agrega algunos cristales de algún cloruro
(cloruro de sodio, de potasio, de calcio, etc.). Agita hasta disolver y agrega unas gotas de solución de AgNO3
0.1N (nitrata de plata al 0.1 N). Observarás la formación de un precipitado blanco, que se ennegrecerá al pasar
unos minutos. Esta reacción química es característica de este ión.
Muestra de suelo: en un tubo de ensayo coloca 2 mL del filtrado. Agrega unas gotas de ácido nítrico diluido
hasta eliminar la efervescencia. Agrega unas gotas de solución de AgNO3 0.1N. Compara con tu muestra testigo.

3. Identificación de Sulfatos (SO4-2).
Reacción testigo: en un tubo de ensayo coloca 2 mL de agua destilada y agrega unos pocos cristales de algún
sulfato (sulfato de sodio o de potasio) Agrega unas gotas de cloruro de bario al 10%. Observarás una turbidez,
que se ennegrecerá al pasar unos minutos.
Muestra del suelo: en un tubo de ensayo coloca 2 mL de filtrado. Adiciona unas gotas de cloruro de bario al 10
%. Compara con tu muestra testigo.

4. Identificación de Carbonatos (CO3-2).
Reacción testigo: en un vidrio de reloj, coloca un poco de carbonato de calcio y adiciona unas gotas de ácido
clorhídrico diluido. Observarás efervescencia por la presencia de carbonatos.
Muestra de suelo: en un vidrio de reloj, coloca un poco de muestra de suelo seco. Adiciona unas gotas de ácido
clorhídrico diluido. Compara con la muestra testigo.

5. Identificación de sulfuros (S-2)
Reacción testigo: en un tubo de ensayo coloca 2 mL de agua destilada y agrega unos pocos cristales de algún
sulfuro. Adiciona unas gotas de cloruro de bario al 10% y un exceso de ácido clorhídrico. Observarás que se
forma una turbidez, que con el paso del tiempo se ennegrecerá.
Reacción muestra: en un tubo de ensayo coloca 2 mL de filtrado. Adiciona tres gotas de cloruro de bario al 10 %
y un exceso de ácido clorhídrico. Compara con tu muestra testigo.

6. Identificación de nitratos (NO3-1).
Reacción testigo: un tubo de ensayo coloca 2 mL de agua destilada y agrega unos pocos cristales de algún nitrato
(de sodio por ejemplo), y agita para disolver. Añade gota a gota H2SO4 3M, hasta acidificar (verificar acidez con
papel tornasol)
Agrega 2 mL  de solución saturada de FeSO4. Inclina el tubo aproximadamente a 45º y añade despacio y
resbalando por las paredes 1 mL de H2SO4 concentrado
PRECAUCIÓN: ESTA REACCIÓN ES FUERTEMENTE
EXOTÉRMICA. Evita agitación innecesaria. Deja reposar unos minutos y observa la formación de un anillo
café.
Reacción muestra: coloca 2 mL de filtrado del suelo en un tubo de ensayo. Añade gota a gota H2SO4 3M, hasta
acidificar (verificar acidez con papel tornasol)
Agrega 2 mL  de solución saturada de FeSO4. Inclina el tubo aproximadamente a 45º y añade despacio y
resbalando por las paredes 1 mL de H2SO4 concentrado. Sigue las indicaciones de la muestra testigo y compárala.

IDENTIFICACIÓN DE CATIONES
7.Identificación de Calcio (Ca+2).
Introduce un alambre de nicromel en el extracto de suelo y acércalo a la flama del mechero bunsen. Si observas
una flama de color naranja, indicará la presencia de este catión.

8.Identificación de Sodio (Na+1).
Coloca 1 g de suelo seco y tamizado en un tubo de ensayo. Disuelve la muestra con 5 mL de solución de ácido
clorhídrico (1:1). Introduce el alambre de nicromel y humedécelo en la solución, llévalo a la flama del mechero, si
esta se colorea de amarillo indicará la presencia de iones sodio.

9. Identificación de Potasio (K+1).
Coloca 1 g de suelo seco y tamizado en un tubo de ensayo. Agrega 20 mL de acetato de sodio 1N y agita 5 minutos.
Filtra la suspensión, toma un alambre de nicromel, humedécelo en esta suspensión y llévalo a la flama del mechero
Bunsen. Si hay presencia de iones potasio se observa una flama de color violeta.

Observaciones

Para determinar las propiedades físicas, es muy tedioso el pesar exactamente los 5g de tierra ya que se tiene que estar pesando el recipiente en el que se esta colocando la tierra.
Para determinar las propiedades químicas es muy complicado ya que a todo el equipo agregar las sustancias para demostrar la presencia de sales, para obtener el filtrado es algo muy cansado y aburrido ya que se requiere mucho tiempo para que esto se realice correctamente, además se tiene que estar lavando constantemente  porque se tiene que utiliza en varias ocasiones para diferentes propósitos









Concentracion de datos
Humedad
5=100
                      1.4=28%
Materia Org
5=100
            1.8=36%
Solubilidad
5=100
          4.7=94%
Aire
5=100
              2=40%
Densidad
3g/cm3
Cloruros
si
Sulfatos
no
Carbonatos
si
Sulfuros
si
Nitratos
si
Sodio
si
Potasio
no
Calcio
si










Calculos
Humedad
Capsula 27.6+5g tierra=32.6g                 31.2           5=100
                                                                                        1.4=28%
Materia Org
Capsula 60g +5g Tierra =74g        72.2  = 1.8 = 36%        5=100
                                                                                         1.8=36%
Densidad
Relog 35.5g +5g tierra=40.5g   5g +30ml=33ml      V tierra= 3g
Aire
5ml tierra + 30ml agua= 35-33=2=40%       5=100
                                                                     2=40%
Solubilidad
Capsula=32.2g+5g tierra =37.2      32.5=4.7       5=100
                                                                            4.7=94%
Propiedades Fisicas
Humedad
28%
Materia Org
36%
Aire
20%
Solubilidad
94%
Densidad
3g/cm3


Fase Inorgánica                                                                                                                                                              
Cloruros
Sulfatos
Carbonatos
Sulfuros
Nitratos
Sodio
Potasio
Calcio
SI
NO
SI
SI
SI
SI
NO
SI


Composicion Organica
1.8g Tierra=36%




Conclusiones
Llegamos a la conclusión de que es posible determinar dentro del laboratorio las propiedades físicas y químicas de una muestra de suelo cualquiera llevando a cabo los procedimientos adecuados , se llego a la conclusión de que la muestra de suelo contiene cloruros, carbonatos, sulfuros, nitratos, sodio y calcio, y carece de sulfatos y potasio.
A su ves la misma muestra tiene una humedad del 28%, una densidad de 3g/cm3 una aeración del 40%,esto quiere decir que es una muestra muy porosa, tiene un contenido de materia orgánica que es el equivalente al 36% del total de la tierra y es soluble el 94% de los componentes d

 

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