Olá amigos da comunidade geofágica, depois de algumas conversas e puxões na orelha, I’m back!
Turbulências ocorridas nas minhas tarefas diárias me levaram a perda total da administração do meu tempo e, com isso, negligenciei o Geófagos. Sinceras desculpas a todos, em especial aos meus amigos autores deste blog, os quais eu crédito toda a fama, não merecida, a mim atribuída pelos leitores.
Pois bem, agora com tudo nos devidos lugares e fazendo o tempo correr a meu favor, manterei maior regularidade nas postagens em respeito a todos vocês leitores e aos meus companheiros de jornada. Obviamente a prioridade será falar de ciência, Pilar Mestre deste blog, mas já peço desculpas no caso de algum deslize.

Assim, retornando ao trabalho, vou pagar minha dívida com vocês, respondendo ao Quiz deixado na minha última postagem: Porque, de maneira geral, se observa mais feldspatos potássicos (ortoclásio, KSi3AlO8) do que cálcicos (anortita, CaSi2Al2O8) nos solos tropicais?

Na tentativa de facilitar o entendimento, vamos adotar os dados listados na tabela abaixo:

Energia molar de formação de alguns óxidos metálicos, nos minerais silicatados

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M = metal (Fe, Mg, Ca, Al, K, etc.);
Os números entre parênteses foram calculados fixando as quantidades de oxigênio

Como podemos observar, a energia de formação das pontes entre os metais alcalinos e alcalinos terrosos e oxigênio são menores em relação a ligação Al-O, que por sua vez é inferior as ligações Si-O.

Antes de responder ao quiz e indo um pouco mais adiante, a partir dos dados acima podemos extrair mais duas informações importantes: a sequência de cristalização e a estabilidade termodinâmica desses minerais, ou seja a maior ou menor resistência deles ao intemperismo. Por exemplo, a energia de formação para os diferentes grupos de minerais silicatados (dados entre parênteses) aumenta na direção dos nesossilicatos para os tectossilicatos, onde claramente há um aumento no número de íons silício por mol de oxigênio. Na medida em que ocorre este aumento, maior é a estabilidade do mineral. Deste modo, é por isso que observamos a grande quantidade de quartzo (tectossilicatos) nos solos tropicais.

Concluindo, na medida em há o aumento na substituição do Si pelo Al na estrutura do mineral, ele se tornará mais susceptível ao intemperismo por causa do enfraquecimento da estrutura cristalina. Como mencionado no post anterior, no ortoclásio (KSi3AlO8) a relação Si:Al é 1:1, contra 2:2 para anortita (CaSi2Al2O8). Respondido? Espero que sim e qualquer dúvida estamos ai para ajudar.

PS: Observem o valor da energia de formação dos óxidos de Ti! Agora está mais claro porque a presença do rútilo (TiO2) e da ilmenita (Fe2+TiO3) tem sido rotineiramente constatada nos solos de regiões tropicais.

Juscimar Silva

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.