Um pouco de geoquímica

O adjetivo ‘essencial’ e suas derivações são utilizados nas diferentes áreas de estudo para qualificar algo que constitui a parte necessária ou inerente de uma coisa. Porém, a qualificação quanto ser ou não essencial depende, a meu ver, de avaliação individual. Um exemplo é a maneira na qual o alumínio (Al), metal de número e massa atômica igual 13 e 26,98154 g, respectivamente, pode ser “considerado” na Ciência do Solo. Na fertilidade do solo, por exemplo, existe o termo elementos essenciais que agrupa certos elementos químicos (N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Mo, Zn, Cu, Co, Cl e B) que na ausência de pelo menos um deles a produtividade das plantas é comprometida. Como adendo, existe também os elementos benéficos (Ni, Se, V, etc.) que, embora não tenham sido comprovadas suas essencialidades, pode estimular o desenvolvimento de plantas ou substituir, parcialmente, a função dos elementos essenciais. Por outro lado, o Al é considerado elemento tóxico, ou seja, ele é um dos fatores que pode limitar a produção da maioria das espécies cultivadas e, sendo assim, sua atividade na solução do solo deve ser reduzida. A calagem (uso de calcários ou outras fontes de corretivos da acidez do solo) é a prática mais simples e eficiente adotada.

Entretanto, avaliando a importância do Al em outras áreas, como na geoquímica, mineralogia e gênese do solo, este passa ter papel crucial, haja vista o papel relevante que desempenha durante o resfriamento do magma, cristalização dos minerais e, por fim, formação dos diferentes tipos de rocha. Durante esses processos, a inserção do Al na estrutura dos minerais primários ou secundários (produto de intemperismo), denominada substituição isomórfica (não há modificação da estrutura original), por um lado interfere na gênese dos minerais silicatados e por outro modifica as propriedades físicas, químicas e físico-químicas dos oxihidróxidos de Fe do solo. Vale ressaltar que tais substituições são possíveis porque o raio iônico do Al (0,50 Å) é ligeiramente maior que o íon Si (0,41 Å) e menor que o íon Fe (0,64 Å).

Recapitulando! Os minerais silicatados são classificados de acordo com as diferentes ligações do seu arranjamento estrutural básico, o tetraedro de silício (SiO4). Dentre os diferentes grupos existentes há os tectossilicatos (SiO2), que tem o quartzo como representante mais conhecido. Pertencente a esse grupo, tem-se também os feldspatos que podem ser derivados do quartzo, durante a sua solidificação (cristalização). Para isso, a substituição isomórfica do íon Si pelo íon Al é condição sine qua non. Quando isso ocorre, há um desbalanço de carga estrutural nos feldspatos (SixAlyO8)x-4 que é balanceada pela incorporação de um cátion monovalente (K+), quando a substituição Al: Si é 1:1 (ortoclásio, KSi3AlO8) ou de um cátion divalente (Ca2+), quando são 2:2 (anortita, CaSi2Al2O8). Substituições similares do Si, Fe e Mg também ocorrem nas estruturas dos outros silicatos promovendo grande variedade na composição desses minerais. Nos filossilicatos, a substituição do íon Al por íons Mg e Fe2+ PARECE ser determinante para a gênese da biotita [K(Mg, Fe2+)3(Si3Al)O10(OH,F)2] ou da muscovita [Kal2(Si3Al)O10(OH,F)2].

De maneira generalizada, pode-se inferir que a pouca reserva de nutrientes, principalmente de K, observada nos solos pobres de regiões tropicais se deve à presença intrusa do Al seja durante a cristalização do quartzo, formando os feldspatos, ou na formação da muscovita. Seria isso um tipo de seqüestro de metais alcalinos e alcalinos terrosos? Desculpe o entusiasmo, mas na ausência do Al a quantidade de quartzo nas rochas e, consequentemente, nos solos seria bem maior devido sua maior resistência ao intemperismo. Teríamos também muito pouca muscovita que é mais resistente ao intemperismo que sua “irmã”, a biotita.

Como já mencionado, o Al está presente também nos oxihidróxidos de Fe dos solos. Postula-se que a maioria dos oxihidróxidos naturais (e.g. goethita, hematita, ferrihidrita, etc.) apresenta substituição isomórfica por Al. O menor tamanho do Al em relação ao Fe altera as propriedades da cela unitária (arranjamento mais simples dos átomos ou moléculas que se repetem regularmente na estrutura cristalina), resultando geralmente na diminuição do tamanho dos cristais. No Doutorado trabalhei com amostras sintéticas de goethita sem e com substituição por Al e pude constatar, na prática, tais alterações. Por exemplo, a redução no tamanho dos cristais das goethitas com substituição teve seus valores de superfície específica aumentado de 4 a 6 vezes em relação à goethita pura. Este aumento refletiu diretamente na capacidade máxima de adsorção de arsenato (As+5), que foi em média 6 vezes superior a do mineral puro. Além disso, a presença do Al aumentou a estabilidade da goethita em condições de baixo potencial de oxirredução (Eh).

Diante do exposto, como não considerar o Al é essencial, se por um lado ele contribui para diferenciação mineralógica que garantirá reserva de nutrientes, embora pequena, em regiões onde o intemperismo atua de maneira acentuada (regiões tropicais, por exemplo) ou, por outro, sua presença nos oxihidróxidos de Fe do solo aumenta a estabilidade desses minerais sob condições redutoras e a capacidade deles em reter elementos nocivos ao meio ambiente, agindo como “filtro”.

Por fim, como iniciei este post a essencialidade é subjetiva e depende de uma interpretação conveniente.

Juscimar Silva

Quiz: Porque, de maneira geral, se observa mais feldspatos potássicos (ortoclásio, Ksi3AlO8) do que cálcicos (anortita, CaSi2Al2O8) nos solos trópicais? Deixem a resposta no campo cometários.

 

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Discussão - 14 comentários

  1. geofagos disse:

    Caro Sr. Manuel,
    Primeiramente minhas sinceras desculpas pela grande demora em respondê-lo. o mês de Dezembro para mim deveria ter tido aproximadamente 45 dias porque muitas coisas inesperadas aconteceram de uma única vez e que necessitavam providências imediatas.
    Com relação a aturá-lo como comentou, tenho visto os seus comentários nos posts dos amigos do blog e fico muito feliz por saber que o Sr. nos acompanha a um bom tempo. Gostei muito do adendo sobre os nutrientes, principalemente o Na, o qual nunca tinha ouvido falar da ação dele em beterrabas.
    Grande abraço,
    Juscimar

  2. Como diria o professor Per Christian no primeiro período de agronomia(fazendo química geral: “se vc não souber explicar para sua tia vc nao sabe”.
    E “foi isso” que vc fez… Sem baixar o nível!
    Parabéns!
    Se permite… o Ni é considerado elemento essencial às plantas desde a decada de 80, devido sua atuação na assimilação do N, como cofator enzimático de uma enzima lá próxima do substrato uréia… Não me lembro bem.
    Abraços

  3. Juscimar,
    Excelente post, denunciador de um profundo conhecimento pelo assunto. Sou daqueles que acha que se não se consegue explicar algo em linguagem corrente, é que o entendimento ainda é incompleto. O Geófagos inova, com assuntos variados mas sem dúvida relevante, tendo em mente que a educação deve ser técnica mas também humana.

  4. Post interessantíssimo Juscimar. Geoquímicos e mineralogistas do solo agradecem. Quanto ao Quiz também tenho uma idéia, mas vamos deixar um tempo pra ver se alguém tem uma idéia. Sugiro esperarmos um pouco e, se não aparecer opinião alguma, os autores do geófagos respondem.
    Abração.

  5. manuel disse:

    Caro Geófago Juscimar
    Para já,secundo o Elton. Uma lição!
    Desculpe esta incursão. Coube-lhe,hoje,a vez. O Ítalo,o Carlos e o Elton já me conhecem,pois têm-me aturado. Vamos ver se fica com a mesma disposição.
    Estou aqui por não ter podido resistir ao seu apelo para comentar,não pelo “Quiz”,que não sei o que é,mas pelo Potássio. É que ele não me perdoaria se o não fizesse,para que se falasse dele. Fui-lhe fiel,veja lá,por mais de trinta anos,uma vida. E isto,apanhando encontrões,e críticas,muitas críticas,porque,na verdade,na situação dos solos portuguese,há potássio para dar e vender. Mas eu achava graça a certas coisas que vinham em revistas inglesas,australianas,
    americanas,no Brasil também,e queria ver o que se passava lá na terra lusa. É claro que ia fazendo outras coisas,como ensaios de campo.
    Mas não é do potássio que agora quero dizer alguma coisa. É da essencialidade dos nutrientes,a que se refere.
    Para vir a ser agrónomo(6 anos bem puxados),tive de elaborar um relatório com o título – Um caso de carência de manganésio. Em videiras e em 1952. A carência foi debelada e o mau da fita tinha sido uma calagem inconsciente,meras nuvens de poeiras calcárias das estradas,que o vento dominante se encarregou,durante anos,de depositar nos terrenos vizinhos. O Mn escondera-se,refugiara-se em compostos,que os geoqímicos conhecem muito bem.
    Mas não é sobre isto que vou dizer mais alguma coisa,é sobre o que eu escrevi em 1952,no Capítulo I(só uns parágrafos).
    Até ao presente,a lista dos elementos minerais nacessários a um normal crecimento e desenvolvimento das plantas apresenta-os em número de doze. Embora a sua importância seja idêntica na finalidade a atingir,podemos,em virtude das diferenças que as plantas manifestam na intensidade da sua absorção,considerá-los divididos em dois grupos:
    1º – N,P,K,Ca,Mg e S.
    São aqueles que as plantas requerem em quantidades relativamente grandes.
    2º -Fe,Mn,Cu,Zn,B e Mo.
    São aqueles de que as plantas necessitam em quantidades bastante mais reduzidas…
    Além destes elementos,outros há que,embora não desempenhem papel fundantal no metabolismo das plantas,têm provado contribuir para uma melhoria da produção de algumas delas. Estão neste caso o cloro,o sódio e o silício,bem como o alumínio e o níquel.
    O exemplo mais brilhante é o do sódio,na sua acção benéfica sobre a beterraba açucareira e a beterraba forraginosa.
    Tinha eu 26 anos e acabara de passar um ano a marcar passo,preparando-me para defender a pátria.
    Desculpe a chumbada,mas,por hoje,fico-me por aqui, o que já não é sem tempo. Espero que me perdoe,pois trata-se dum velhinho,um bocado tonto.
    Saúde e muitos progressos na sua vida académica.

  6. Grande Juscimar,
    Uma aula!!
    Peço sua autorização para usar estas informações em uma prova que farei brevemente.
    Quanto ao “Quiz”, eu tenho uma explicação razoável. Vou dizê-la pessoalmente. Vamos dexar a Comunidade Geofágica pensando…

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