CARGAS DO SOLO

OBJETIVO: Demonstrar a existência de cargas elétricas no solo; discutir a finalidade de cargas elétricas no solo.  

MATERIAIS NECESSÁRIOS PARA EXECUÇÃO DAS ATIVIDADES:

•  Bateria 9 V; 

• 50g (aproximadamente) de solo argiloso; 

• 50g (aproximadamente) de solo arenoso;

• 2 (dois) recipientes para colocar as amostras de solos argilosos e arenosos; 

• Uma colher ou um palito de picolé; 

• Um alicate de ponta fina;

• Dois pedaços de fios de cobre (fio elétrico flexível) com aproximadamente 7 cm cada.  

PROCEDIMENTOS:

IMPORTANTE: o professor deve testar o experimento previamente, pois dependendo do tipo de solo os resultados podem ser distintos. Nem todos os solos apresentam o mesmo tipo de carga predominante em suas partículas, o que alterará o resultado a ser observado. 

Com os fios já desencapados, utilize um alicate de ponta fina para fixar um fio de cobre no polo positivo e outro no polo negativo, tomando cuidado para evitar acidentes. 

Coloque a amostra de solo argiloso em um recipiente e a amostra de solo arenoso em outro. Adicione um pouco de água e, com o auxílio de uma colher ou palito, misture até obter uma consistência pastosa. 

Mergulhe as extremidades dos fios de cobre, ligados à bateria, no recipiente com a pasta de solo argiloso e aguarde cerca de 5 minutos. Repita o mesmo processo com o solo arenoso. 

Após esse período, desconecte a bateria e verifique se algum solo ficou aderido aos fios de cobre. Anote essa informação. 

Por exemplo, se o solo argiloso tiver predominância de cargas negativas em suas partículas, ele se aderirá mais ao polo positivo (polo de carga contrária) da pilha de 9 V. No entanto, o resultado pode variar, pois nem todos os solos possuem predominância de cargas negativas em suas partículas. Por isso, é recomendável que o professor teste o experimento antes de apresentá-lo aos alunos. Em relação ao solo arenoso, espera-se que ele não seja atraído, ou tenha pouca atração, pelos polos da pilha, já que apresenta poucas cargas em suas superfícies. 

CONCLUSÃO: A importância de cargas elétricas no solo , As partículas minerais e orgânicas do solo possuem cargas elétricas que podem variar de acordo com o pH. Em solos com pH inferior a 5,0, tende a haver maior presença de cargas positivas, que atraem ânions. À medida que o pH aumenta, como ocorre após a aplicação de calagem, passam a predominar cargas negativas, favorecendo a atração de cátions.

Os principais fatores que alteram o balanço de cargas elétricas dos solos é a calagem por aumentar pH e a adição de matéria orgânica. Influenciam processos como troca iônica e retenção de nutrientes. 

retenção (adsorção) de nutrientes:A capacidade de retenção de nutrientes no solo está relacionada à presença de cargas elétricas em suas partículas. A Capacidade de Troca Catiônica (CTC) refere-se ao conjunto de cargas negativas presentes nas superfícies das partículas minerais e orgânicas, responsáveis por reter cátions como Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ e NH₄⁺, que são essenciais para as plantas. Já a Capacidade de Troca Aniônica (CTA) está associada às cargas positivas que retêm ânions, como PO₄³⁻, SO₄²⁻, Cl⁻ e NO₃⁻.

Quando fertilizantes, corretivos (como calcário) ou resíduos orgânicos são aplicados ao solo, eles se decompõem ou se solubilizam, liberando esses íons que podem ser adsorvidos pelas partículas do solo.

De modo geral, as argilas silicatadas e a matéria orgânica (húmus) apresentam predominância de cargas negativas em suas superfícies, favorecendo a adsorção de cátions .Consequentemente, ânions são menos adsorvidos nesse tipo de material coloidal. Em contraste, as argilas de natureza oxídica  como óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio  possuem, em pH usual dos solos tropicais, um balanço de cargas positivas, resultando em maior afinidade pela adsorção de ânions.

Solos altamente intemperizados, característicos de ambientes tropicais, apresentam horizontes B enriquecidos em argilas oxídicas e empobrecidos em matéria orgânica. Nesses perfis, observa-se uma maior capacidade de retenção de ânions em comparação à de cátions, devido à dominância de cargas positivas nas superfícies das partículas.

Os solos arenosos, no entanto, por possuírem menor quantidade de cargas, terão menor capacidade de reter nutrientes para as plantas, o que torna estes solos geralmente menos férteis. No experimento se observa que o solo arenoso praticamente não é aderido aos polos da pilha, mostrando que o mesmo apresenta poucas cargas e, portanto, pouca capacidade de reter nutrientes.

Retenção de água: Solos argilosos, devido à maior superfície específica e maior quantidade de cargas elétricas em suas partículas, apresentam maior capacidade de retenção de água. A polaridade da molécula de água facilita sua adesão às superfícies carregadas das partículas do solo. Em contraste, solos arenosos, como observado experimentalmente, possuem menor superfície específica e baixa densidade de cargas, resultando em uma capacidade reduzida de retenção hídrica, o que limita a disponibilidade de água para as plantas e demais organismos do solo. 

formação das estruturas do solo: As cargas elétricas presentes nas partículas minerais e na matéria orgânica do solo favorecem a floculação e a formação de agregados estáveis. A agregação melhora a estrutura do solo, aumentando a porosidade e a taxa de infiltração de água, além de facilitar a difusão de oxigênio necessário à respiração das raízes e dos microrganismos do solo. Uma estrutura bem agregada também confere maior resistência à erosão hídrica e eólica, contribuindo para a sustentabilidade do ambiente edáfico. 

Redução da poluição ambiental: As cargas negativas, associadas à Capacidade de Troca Catiônica (CTC), adsorvem poluentes de natureza catiônica, enquanto as cargas positivas, relacionadas à Capacidade de Troca Aniônica (CTA), adsorvem poluentes aniônicos. Esse processo de adsorção limita o deslocamento dos contaminantes em direção ao lençol freático, reduzindo a lixiviação. Dessa forma, solos com maior quantidade de cargas elétricas oferecem uma proteção mais eficiente contra a contaminação química das águas subterrâneas. 

Íons são espécies químicas eletricamente carregadas, resultantes da perda ou do ganho de elétrons — partículas subatômicas de massa extremamente pequena (aproximadamente 0,0005 vezes a massa de um próton) que orbitam em torno do núcleo atômico. A eletricidade, por sua vez, consiste no fluxo de elétrons através de materiais condutores, como os metais. Átomos que perdem elétrons tornam-se carregados positivamente e são denominados cátions, enquanto aqueles que ganham elétrons adquirem carga negativa, sendo chamados de ânions.

A maior parte dos íons presentes no solo tem origem no intemperismo químico de minerais primários das rochas, processo que libera esses íons de suas estruturas cristalinas. Esses íons podem ser incorporados a novos minerais secundários, permanecer adsorvidos nos pontos de troca dos coloides do solo (argilas e húmus), ou dissolvidos na solução do solo, compondo o chamado complexo de adsorção.

A troca de cátions ocorre quando um cátion presente na solução do solo aproxima-se da superfície de um coloide carregado negativamente. Havendo afinidade química e quantidade suficiente, ocorre a substituição de um cátion adsorvido por outro da solução. Esse processo respeita o princípio da equivalência química: a liberação de um cátion bivalente (como Ca²⁺), por exemplo, deverá ser compensada pela adsorção de dois cátions monovalentes (como K⁺) ou de outro cátion bivalente, mantendo o balanço de cargas do sistema.

A capacidade de troca de cátions (CTC) do solo é proporcional à quantidade de coloides com cargas negativas, especialmente argilas do tipo 2:1 (como esmectitas) e matéria orgânica. Além disso, a CTC é influenciada pelo pH do solo: à medida que o pH se eleva (redução da acidez), diminui-se a concentração de íons hidrogênio (H⁺) em solução, promovendo a dissociação de grupos hidroxílicos das superfícies coloidais. Esse fenômeno gera novas cargas negativas, ampliando a capacidade de adsorção de cátions.

Em relação à Capacidade de Troca Aniônica (CTA), em condições de elevada acidez, os óxidos de ferro e alumínio, que predominam em muitos solos tropicais, apresentam saldo de cargas positivas em suas superfícies. Isso favorece a retenção de ânions, como fosfatos (PO₄³⁻) e sulfatos (SO₄²⁻). Em pH baixo, ocorre dissociação de grupos hidroxílicos dos octaedros de alumínio situados nas bordas das argilas silicatadas. Além disso, íons hidrogênio (H⁺) podem ser adicionados a essas superfícies, liberando cargas positivas que atraem ânions. Portanto, ao contrário da troca de cátions, a capacidade de retenção de ânions aumenta à medida que a acidez do solo se intensifica, evidenciando a dependente do pH.

EXERCICÍOS: 

1. (V/F) A Capacidade de Troca Catiônica (CTC) está relacionada à presença de cargas positivas nas partículas do solo.
Gabarito: Falso

CTC está associada a cargas negativas que retêm cátions.

2. (Múltipla escolha) Qual fator contribui para o aumento da CTC do solo?
a) Redução do pH
b) Diminuição da matéria orgânica
c) Aumento do teor de argilas 2:1 e matéria orgânica
d) Substituição de cátions por ânions
Gabarito: c) Aumento do teor de argilas 2:1 e matéria orgânica

3. (V/F) Solos oxídicos, em ambientes tropicais, apresentam predominância de cargas positivas em pH ácido, favorecendo a retenção de ânions.
Gabarito: Verdadeiro

4. (Múltipla escolha) Qual a origem da maior parte dos íons presentes no solo?
a) Fotossíntese das raízes
b) Intemperismo químico dos minerais
c) Adsorção do oxigênio atmosférico
d) Compactação do solo
Gabarito: b) Intemperismo químico dos minerais

5. (V/F) Solos arenosos tendem a ter menor fertilidade devido à baixa quantidade de cargas elétricas em suas partículas.
Gabarito: Verdadeiro

6.Explique como o pH influencia a capacidade de troca catiônica (CTC) do solo.
Gabarito esperado: Com o aumento do pH, ocorre a dissociação de grupos hidroxílicos nas partículas coloidais, aumentando as cargas negativas e, consequentemente, a CTC. Já em pH mais baixo, há menos cargas negativas, reduzindo a CTC.

7.O que diferencia a Capacidade de Troca Catiônica (CTC) da Capacidade de Troca Aniônica (CTA)?
Gabarito esperado: A CTC está relacionada à retenção de cátions (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺) por partículas com cargas negativas, enquanto a CTA refere-se à retenção de ânions (PO₄³⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻) por partículas com cargas positivas.

8.Qual é a importância das cargas elétricas do solo na redução da poluição ambiental?
Gabarito esperado: As cargas elétricas adsorvem poluentes iônicos (cátions ou ânions), impedindo sua movimentação em direção ao lençol freático. Isso reduz a lixiviação e protege as águas subterrâneas.

9.Por que solos argilosos retêm mais água que solos arenosos?
Gabarito esperado: Porque possuem maior superfície específica e mais cargas elétricas, o que favorece a adesão da água às partículas do solo. Já os solos arenosos têm partículas maiores e menos cargas, dificultando essa retenção.

10.Descreva como a adição de matéria orgânica e calagem influencia as cargas do solo.
Gabarito esperado: A matéria orgânica aumenta as cargas negativas, elevando a CTC. A calagem eleva o pH, o que também favorece a geração de cargas negativas nas superfícies coloidais, aumentando a capacidade de retenção de cátions.

REFERÊNCIAS:  LIMA, Marcelo Ricardo de (ed.). Experimentos na educação em solos. 2020. Disponível em: Experimentos na educação em solos (ufpr.br) Acesso em: 28 set. 2024.

LEPSCH, Igor F.. 19 lições e pedologia. 2021. Disponível em: https://pt.scribd.com/document/444896278/19-Licoes-da-Pedologia-Igo-F-Lepsch-pdf. Acesso em: 07 jul. 2025.