Geoquímica do Solo. Aula do curso de Geologia da FINOM. Importância do pH e do Eh; Fracionamento dos Elementos Químicos.

1. Geoquímica
Aula 6

2. pH
• O pH expressa a acidez ou a alcalinidade de uma
solução e refere-se à atividade do H+ e do OH-.
• É definido como o logarítmo negativo na base dez
da atividade do íon hidrogênio.
• Desse conceito deriva a escala de pH, que varia
de 0 a 14, onde o ponto neutro (7) é a condiçãode 0 a 14, onde o ponto neutro (7) é a condição
de equilíbrio.
• Como a escala de medida do pH é logarítmica,
uma variação de uma unidade de pH representa
um decuplicação da concentração iônica.
• Valores de pH <7 representam condições ácidas,
e de pH >7, alcalinas.

3. • O termo potencial redox ou valor redox é um acrônimo
para potencial de redução-oxidação, com o qual a
voltagem (medida em mili Volt, mV) observada é
produzida pela transferência de elétrons entre vários
átomos e moléculas na água.
• Átomos consistem de núcleos positivamente
carregados (compostos de prótons e nêutrons), e uma
região negativamente carregada (elétrons).
• Dados os mesmos números de prótons e elétrons, os• Dados os mesmos números de prótons e elétrons, os
átomos são eletricamente neutros. Se o número de
prótons é maior do que o de elétrons, o átomo (ou a
molécula), é positivamente carregado (cátion).
No caso inverso, se há mais elétrons, o átomo (ou a
molécula) tem carga total negativa (ânion).

4. • Átomos e moléculas "se esforçam" para atingir
uma condição que seja o mais estável possível
(isto é, de baixa energia). Se um átomo não
atingiu essa condição, a tendência é de que isso
aconteça por ele doar ou receber elétrons. Como
cargas elétricas não podem ser destruídas ou
criadas, uma reação em cadeia deve estar sempre
presente.presente.
• Se uma molécula aceita elétrons, outra estará
doando. Por essa razão, redução e oxidação
estarão sempre presentes em conjunto.
• A partícula que doa elétrons é oxidada no
processo, enquanto a que os recebe é reduzida.

5. pH de Hidrólise

6. • Em relação ao pH, no entanto, a situação muda
bastante. Quanto mais alto o pH, mais baixo o
redox, e vice-versa.
• Para estudos de água e sedimento, o pH de
hidrólise e o potencial de oxirredução (Eh) são
importantes para informar se o elemento
estudado estará solúvel na água ou terá
precipitado no sedimento de drenagem.precipitado no sedimento de drenagem.
• O pH de hidrólise representa o valor específico do
pH que determinado elemento metálico, com a
sua respectiva valência, deixa de estar
solubilizado para precipitar na forma de
hidróxidos ou sais.

7. • Muitos elementos metálicos são solúveis apenas sob
condições ácidas, e com o aumento do pH tendem a se
precipitar como hidróxidos ou como sais básicos.
• Por exemplo, quando a pirita se oxida liberando H+,
tornando o pH extremamente ácido, o íon férrico é
encontrado em solução. Porém, quando o pH começa a
aumentar por possível neutralização de carbonatos, o ferro
solúvel irá precipitar.
• Dessa forma, fica evidenciada a importância a do pH na• Dessa forma, fica evidenciada a importância a do pH na
mobilidade dos elementos, explicando porque em meios
ácidos podem ser encontrados elementos em solução, o
que não seria possível em meios alcalinos, pois já teriam
precipitado.
• O pH de hidrólise pode não somente explicar as
concentrações de determinado elemento na água
(solução), como também sua possível acumulação em
sedimentos de drenagem (MASON, 1971).

9. Fracionamento dos elementos
• O comportamento dos elementos traço no
intemperismo depende, principalmente, da resistência
dos minerais hospedeiros ao intemperismo e da
mobilidade relativa de cada elemento nas condições
fisicoquímicas do ambiente supergênico.
• Os elementos muito pouco móveis tendem a• Os elementos muito pouco móveis tendem a
permanecer junto dos produtos clásticos do
intemperismo, enquanto os elementos móveis tendem
a se afastar como carga em solução das águas
superficiais e subterrâneas.
• No decorrer dessa dispersão ocorrem trocas entre as
soluções e as fases sólidas, o que transforma essas
soluções em meios químicos complexos.

10. Fracionamento dos elementos
• Um elemento relativamente móvel é carreado
por águas sob a forma de um componente de
solutos estáveis ou suspensóides.
• Quando transportado na água sob forma menos
estável, as chances de formar precipitados são
elevadas e a mobilidade efetiva será menor.elevadas e a mobilidade efetiva será menor.
• O fracionamento de um elemento em duas fases,
como as águas naturais e a matriz clástica,
depende não apenas de sua estabilidade relativa
em cada uma das fases, mas também da
velocidade da reação que modifica as formas
menos em mais estáveis.

11. Fracionamento em meio líquido
• A reatividade dos constituintes menores de águas
naturais depende do seu modo de ocorrência, já que
podem ser transportados junto com componentes
muito reativos ou que sejam estáveis e que reajam
lentamente.
• Os constituintes iônicos da água são geralmente os• Os constituintes iônicos da água são geralmente os
mais reativos, portanto são eles que participam mais
comumente da formação de feições de dispersão
hidromórficas em solos e sedimentos de drenagem.
• Os outros componentes da água natural, como os
gases dissolvidos, matéria orgânica e inorgânica solúvel
e material de dispersões coloidais, são menos reativos.

12. Fracionamento em meio sólido
• É difícil dizer qual mineral ou minerais da matriz
servem como hospedeiros dos elementos traço.
• Os minerais primários resistentes ao
intemperismo (resistatos) incluem alguns
minerais-minério e de ganga, bem como mineraisminerais-minério e de ganga, bem como minerais
formadores de rocha.
• A estabilidade relativa dos constituintes primários
e o tipo e intensidade do intemperismo são os
fatores que controlam a sua decomposição.

13. • Os minerais-minério secundários incluem uma
grande variedade de óxidos e oxissais.
• Os óxidos e carbonatos são facilmente solúveis
em ácidos fracos e a frio.
• Os sulfatos variam entre os solúveis em água e os
que, junto com os silicatos secundários,que, junto com os silicatos secundários,
normalmente requerem ácidos fortes ou a
quente para solubilização.
• Os fosfatos são relativamente pouco solúveis e
por isso pode ser necessário o uso de ácidos
muito fortes a quente, ou mesmo de fusão para
liberação dos metais.

14. • Os argilominerais constituem a maior parte dos
produtos sólidos da decomposição dos silicatos
formadores de rocha.
• Os metais podem ser incorporados nas estruturas dos
minerais de argila ou adsorvidos em posições de troca
na superfície da partícula.
• A extração completa do metal contido na estrutura,
que é geralmente de origem residual, requer aque é geralmente de origem residual, requer a
destruição do mineral, o que pode ser alcançado pelo
tratamento com ácidos fortes a quente ou pela fusão.
• Metais adsorvidos em argilominerais são indicativos
dos íons dissolvidos nas soluções com as quais tiveram
contato. Esses íons adsorvidos são fracamente ligados
e normalmente são liberados por uma lixiviação com
ácidos fracos e a frio.

15. • Os óxidos hidratados de Fe e Mn podem ser
derivados do intemperismo de minerais
formadores de rocha ou de minerais-minério.
Quantidades importantes dos metais dos
minerais-minério podem ser co-precipitados,
oclusos ou adsorvidos com os óxidos hidratados
de Fe, Mn e Al.
• O metais precipitados ou adsorvidos podem ser• O metais precipitados ou adsorvidos podem ser
facilmente liberados por extratores a frio. A
proporção do metal solúvel relativa ao metal total
tende a decrescer com o tempo e com a
progressiva desidratação do hospedeiro, quando
então poderá ser liberado apenas por ácidos
fortes ou fundentes.

16. • A matéria orgânica pode conter quantidades
apreciáveis de metais. A maior parte desse metal
é introduzida pela água do solo ou das drenagens
ou pelo material vegetal decomposto.
• As ligações são complexas, variando de íons
simplesmente adsorvidos até compostos
organometálicos e metais incorporados à
estrutura de organismos vivos. A fração absorvidaestrutura de organismos vivos. A fração absorvida
é facilmente extraída por soluções aquosas a frio,
mas com maior dificuldade do que para as
argilas. A liberação completa do metal mais
fortemente ligado, geralmente requer a
destruição completa da matéria orgânica, o que
se obtém por calcinação ou oxidação úmia (H2O2)