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La salinidad se refiere a la concentración de sales solubles presentes en el suelo, como cloruros, sulfatos y carbonatos de sodio, calcio y magnesio.

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El adsorbato es la sustancia, ya sea una molécula, un ion o un compuesto, que se fija en la superficie de un material adsorbente, como los minerales arcillosos, óxidos metálicos o materia orgánica presentes en el suelo. En términos simples, se refiere a la especie química que permanece retenida en la superficie del suelo a través de interacciones físicas o químicas.

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La carga superficial se refiere a la carga eléctrica localizada en la superficie de las partículas del suelo, principalmente en minerales arcillosos, óxidos de hierro y aluminio, así como en la materia orgánica. Esta característica determina la capacidad del suelo para atraer, retener o repeler iones, impactando de manera directa procesos como la adsorción, la fertilidad y la movilidad de contaminantes.

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Ejemplos comunes de adsorbatos en suelos

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Ejemplos comunes de adsorbatos en suelos

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Iones metálicos: Pb²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺

Nutrientes: fosfatos (PO₄³⁻), nitratos (NO₃⁻), amonio (NH₄⁺)

Moléculas orgánicas: pesticidas, herbicidas, colorantes, compuestos aromáticos

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El tamaño del adsorbato influye en la facilidad con que puede acercarse a los sitios activos del adsorbente.

Moléculas pequeñas → suelen difundirse más fácilmente y acceder a microporos.

Moléculas grandes → pueden presentar impedimento estérico y adsorberse con menor eficiencia.

Ejemplo:
El ion Pb²⁺ puede difundirse y adsorberse más fácilmente que una molécula orgánica de gran tamaño.

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Se produce por sustitución isomórfica dentro de la estructura cristalina de minerales arcillosos.

Ocurre cuando un ion es reemplazado por otro de diferente carga.

Ejemplo:

En ciertas arcillas:

Mg²⁺ sustituye a Al³⁺

Como el ion sustituyente tiene menor carga positiva, queda un exceso de carga negativa en la estructura.

Esto genera una carga negativa permanente, independiente del pH.

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Se origina por protonación o desprotonación de grupos funcionales en superficies minerales y materia orgánica.

Ejemplos de grupos superficiales:

–OH (hidroxilo)

–COOH (carboxilo)

Dependiendo del pH:

En medio ácido (pH bajo):

La superficie capta protones (H⁺)

Ejemplo simplificado:

–OH + H⁺ → –OH₂⁺

La superficie se vuelve positiva.

En medio básico (pH alto):

La superficie pierde protones:

–OH → –O⁻ + H⁺

La superficie adquiere carga negativa.

Esto significa que el pH controla qué sustancias serán adsorbidas.

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Es la más común en muchos suelos.

Atrae especies positivas (cationes):

K⁺

Ca²⁺

Mg²⁺

NH₄⁺

Pb²⁺

Importancia:

Retención de nutrientes esenciales.

Disminución de lixiviación.

Adsorción de metales pesados.

Ejemplo:
Las arcillas retienen K⁺ y Ca²⁺ evitando que se pierdan por lavado.

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Importancia

Influye en la disponibilidad de nutrientes.

Modifica procesos de adsorción.

Afecta el crecimiento de plantas.

Efectos

Estrés osmótico en raíces.

Disminución del rendimiento agrícola.

Alteración de microorganismos del suelo.

Medición

Se evalúa mediante la conductividad eléctrica (CE).

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1. Propiedades químicas

Aumenta la concentración de iones en la solución del suelo.

Cambia la disponibilidad de nutrientes.

Puede generar toxicidad por sodio, cloro o boro.

2. Propiedades físicas

Disminuye la estructura del suelo.

Reduce la infiltración y permeabilidad del agua.

Favorece la compactación, especialmente en suelos sódicos.

3. Propiedades biológicas

Reduce la actividad microbiana.

Disminuye procesos biológicos como mineralización de materia orgánica y fijación de nitrógeno.

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¿Cómo afectan la salinidad y sodicidad al suelo? Descubre lo que no conocías...

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Estrés osmótico:
La alta concentración de sales dificulta la absorción de agua por las raíces, haciendo que la planta experimente algo similar a sequía, aun cuando exista agua disponible.

Toxicidad iónica:
Algunos iones, especialmente Na⁺ y Cl⁻, pueden acumularse en tejidos vegetales y causar daño celular.

Deficiencia nutricional:
El exceso de sales interfiere con la absorción de nutrientes esenciales como calcio, potasio y magnesio.

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¿Qué es el estrés osmótico y cuáles son sus consecuencias? - Bioestimulation 360

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Hojas amarillas o quemadas

Menor crecimiento

Marchitez

Reducción del rendimiento agrícola

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La forma más común es mediante la conductividad eléctrica (CE).

A mayor concentración de sales, mayor conductividad eléctrica.

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La carga del adsorbato controla las interacciones electrostáticas con la superficie del suelo.

Cationes (+) → se adsorben sobre superficies negativas.

Aniones (−) → se adsorben mejor sobre superficies positivas.

Ejemplo:
Si una arcilla posee carga negativa, atraerá Ca²⁺, Cu²⁺ o Pb²⁺.

La intensidad de la adsorción depende también de:

Magnitud de la carga

Valencia del ion

En muchos casos:

Ca²⁺ > Na⁺

porque los iones divalentes suelen adsorberse más fuertemente.

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Es más frecuente en óxidos de hierro y aluminio, especialmente en medios ácidos.

Atrae aniones:

PO₄³⁻

SO₄²⁻

NO₃⁻

Importancia:

Retención de fosfatos.

Regulación de nutrientes aniónicos.

Ejemplo:
En suelos ácidos tropicales, los óxidos de hierro adsorben fosfato intensamente.

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La polaridad describe cómo se distribuyen las cargas dentro de una molécula.

Moléculas polares → suelen interactuar mejor con superficies cargadas.

Moléculas no polares → muestran menor afinidad en medios minerales.

Ejemplo:
Compuestos orgánicos polares pueden formar enlaces más fuertes con materia orgánica del suelo.

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Factores que afectan la carga superficial

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Factores que afectan la carga superficial

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1. pH del suelo

Es el factor más importante.

pH bajo → mayor carga positiva

pH alto → mayor carga negativa

Esto afecta directamente la adsorción.

2. Tipo de mineral

No todos los minerales tienen la misma carga.

3. Materia orgánica

La materia orgánica contiene grupos funcionales ionizables.

4. Fuerza iónica o salinidad

El aumento de sales modifica el comportamiento electrostático.

Una alta salinidad puede:

Comprimir la doble capa eléctrica

Alterar la retención de contaminantes

Favorecer competencia entre iones

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La forma del adsorbato afecta la orientación y el contacto superficial.

Moléculas lineales

Moléculas ramificadas

Estructuras planas o aromáticas

Las moléculas planas pueden interactuar mejor con ciertas superficies minerales por mayor área de contacto.

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Los grupos funcionales son una de las propiedades más importantes porque controlan las interacciones químicas.

Ejemplos:

–OH (hidroxilo)

–COOH (carboxilo)

–NH₂ (amino)

–PO₄ (fosfato)

Estos grupos pueden:

Formar puentes de hidrógeno

Crear enlaces de coordinación con metales

Favorecer interacciones electrostáticas

Ejemplo:
Un compuesto con grupos carboxilo puede unirse fuertemente a metales del suelo.

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La carga superficial influye en:

Fertilidad del suelo

Disponibilidad de nutrientes

Movilidad de metales pesados

Transporte de contaminantes

Procesos de remediación ambiental

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La solubilidad del adsorbato influye en su permanencia en la solución del suelo.

Sustancias muy solubles → pueden permanecer disueltas y moverse fácilmente.

Sustancias poco solubles → tienden a retenerse o precipitar.

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El pH puede cambiar la forma química del adsorbato.

Ejemplo:
Un ácido orgánico puede encontrarse:

Protonado (sin carga)

Ionizado (carga negativa)

Esto modifica completamente su adsorción.

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es el valor de pH en el cual la superficie de un sólido presenta una carga neta igual a cero, es decir, las cargas positivas y negativas se encuentran equilibradas.

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El PCC ocurre debido a que muchos materiales del suelo poseen grupos superficiales capaces de ganar o perder protones (H⁺), principalmente grupos hidroxilo superficiales (–OH).

Cuando cambia el pH del medio, estas superficies se protonan o desprotonan.

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En medio ácido (pH bajo):

La superficie gana protones:

–OH + H⁺ → –OH₂⁺

La superficie adquiere carga positiva.

En medio básico (pH alto):

La superficie pierde protones:

–OH → –O⁻ + H⁺

La superficie adquiere carga negativa.

Existe un valor intermedio de pH donde las cargas se equilibran: ese valor es el PCC.

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1. Composición mineralógica

Cada material posee un PCC distinto.

2. pH del medio

El pH modifica el equilibrio ácido-base superficial y determina si predomina carga positiva o negativa.

3. Fuerza iónica y salinidad

La presencia de sales altera la interacción entre partículas y puede modificar el comportamiento superficial.

Una alta salinidad puede influir en la estabilidad de la doble capa eléctrica y en la adsorción.

4. Presencia de materia orgánica

Los grupos funcionales orgánicos pueden modificar la carga superficial efectiva del suelo.

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Remoción de metales pesados en aguas contaminadas.

Diseño de adsorbentes (zeolitas, biochar, carbón activado).

Manejo de fertilizantes.

Predicción de movilidad de contaminantes.

Tratamiento de aguas residuales.

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Las isotermas de adsorción son modelos matemáticos que describen la relación entre la cantidad de sustancia adsorbida sobre una superficie sólida y la concentración del adsorbato presente en la solución, manteniendo la temperatura constante.

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Las isotermas permiten:

Evaluar la capacidad de adsorción de un suelo o adsorbente.

Determinar afinidad entre adsorbente y adsorbato.

Comprender la movilidad de nutrientes o contaminantes.

Diseñar materiales para remediación ambiental.

Optimizar tratamientos de aguas y suelos contaminados.

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1. Isoterma de Langmuir

La isoterma de Langmuir asume que la adsorción ocurre en una superficie homogénea y que cada sitio adsorbente retiene solo una molécula o ion.

2. Isoterma de Freundlich

La isoterma de Freundlich describe adsorción sobre superficies heterogéneas, algo más parecido a los suelos reales.

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Clase nº 7 - 2. Adsorción: isoterma de Langmuir

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Las isotermas se usan para:

Remoción de metales pesados.

Tratamiento de aguas contaminadas.

Diseño de biochars y zeolitas.

Evaluación de fertilidad del suelo.

Estudios de movilidad de contaminantes.

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