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PRÁCTICA PARA LA OBTENCIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE UNA MUESTRA DE SUELO

INTRODUCCIÓN:

El suelo es la capa más superficial de la corteza terrestre (abarca el primer metro de profundidad), en la cual ocurren cambios (físicos y químicos) que se pueden identificar a simple vista, tocar, medir y analizar en laboratorios.

Cuando nos referimos al suelo siempre debemos considerar que no solo es lo que podemos ver por fuera y pisar todos los días si no también que es una mezcla de varios elementos que tal vez a simple vista no percibamos aveces pero con la debida observación podemos comprobar efectivamente que esta compuesta por varias sustancias, entre ella s la humedad.

Existen en todo el planeta diferentes tipos de suelo que ha ido favoreciendo y cambiando sus caracteristicas el paso del tiempo y el lugar en el que se encuentre:

•          Suelos arenosos: No retienen el agua, tienen muy poca materia orgánica y no son aptos para la agricultura, ya que por eso son tan coherentes.

•          Suelos calizos: Tienen abundancia de sales calcáreas, son de color blanco, secos y áridos, y no son buenos para la agricultura.

•          Suelos humíferos (tierra negra): Tienen abundante materia orgánica en descomposición, de color oscuro, retienen bien el agua y son excelentes para el cultivo.

•          Suelos arcillosos: Están formados por granos finos de color amarillento y retienen el agua formando charcos. Si se mezclan con humus pueden ser buenos para cultivar.

•          Suelos pedregosos: Formados por rocas de todos los tamaños, no retienen el agua y no son buenos para el cultivo.

•          Suelos mixtos: Tiene características intermedias entre los suelos arenosos y los suelos arcillosos.

•          Suelos calcáreos: Es el suelo compuesto en su mayor parte por cal en estos tipos de suelo difícilmente crece vegetación.

El suelo tiene cuatro componentes:

Compuestos inorgánicos, como: grava, arcilla, limo y arena.

Nutrientes solubles, importantes para las plantas: nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio.

Materia orgánica de organismos muertos, como: lombrices, hongos, bacterias y restos de plantas en cualquier proceso de descomposición.

Agua y gases, por ejemplo hidrógeno y oxígeno, que ocupan los espacios porosos libres.

Las proporciones de cada uno de ellos son variables: en zonas de clima templado-húmedo, la materia orgánica representa entre 2 y 5 por ciento; en cambio, en el desierto puede ser menor de 1 por ciento. En climas secos, por lo general, los suelos son más arenosos y con mayor presencia de calcio y sodio; por el contrario, en los húmedos tienden a ser más arcillosos en general y con mayor concentración de elementos ácidos, como fierro y aluminio

Los componentes del suelo se pueden dividir en sólidos, líquidos y

gaseosos.

Sólidos

Este conjunto de componentes representa lo que podría denominarse el

esqueleto mineral del suelo y entre estos, componentes sólidos, del suelo

destacan:

Silicatos, tanto residuales o no completamente meteorizados, (micas,

feldespatos, y fundamentalmente cuarzo).

Como productos no plenamente formados, singularmente los minerales de

arcilla, (caolinita, illita, etc.).

Óxidos e hidróxidos de Fe (hematites, limonita, goetita) y de Al (gibsita,

bohemita), liberados por el mismo procedimiento que las arcillas.

Clastos y granos poliminerales como materiales residuales de la alteración

mecánica y química incompleta de la roca originaria.

Otros diversos compuestos minerales cuya presencia o ausencia y

abundancia condicionan el tipo de suelo y su evolución.

Carbonatos (calcita, dolomita).

Sulfatos (aljez).

Cloruros y nitratos.

Sólidos de naturaleza orgánica o complejos órgano-minerales, la materia

orgánica muerta existente sobre la superficie, el humus o mantillo:

Humus joven o bruto formado por restos distinguibles de hojas, ramas y

restos de animales.

Humus elaborado formado por sustancias orgánicas resultantes de la total

descomposición del humus bruto, de un color negro, con mezcla de

derivados nitrogenados (amoníaco, nitratos), hidrocarburos, celulosa, etc.

Según el tipo de reacción ácido-base que predomine en el suelo, éste

puede ser ácido, neutro o

alcalino, lo que viene determinado también por la roca madre y condiciona

estrechamente las especies vegetales que pueden vivir sobre el mismo.

Líquidos

Esta fracción está formada por una disolución acuosa de las sales y los

iones más comunes como Na+, K+, Ca2+, Cl-, NO3-,… así como por

una amplia serie de sustancias orgánicas. La importancia de esta fase

líquida en el suelo estriba en que éste es el vehículo de las sustancias

químicas en el seno del sistema.

El agua en el suelo puede estar relacionada en tres formas diferentes con

el esqueleto sólido:

Tipos de líquido en el suelo.

la primera, está constituida por una película muy delgada, en la que la

fuerza dominante que une el agua a la partícula sólida es de carácter

molecular, y tan sólida que esta agua solamente puede eliminarse del suelo

en hornos de alta temperatura. Esta parte del agua no es aprovechable por

el sistema radicular de las plantas.

la segunda es retenida entre las partículas por las fuerzas capilares, las

cuales, en función de la textura pueden ser mayores que la fuerza de la

gravedad. Esta porción del agua no percola, pero puede ser utilizada por

las plantas.

finalmente, el agua que excede al agua capilar, que en ocasiones puede

llenar todos los espacios intersticiales en las capas superiores del suelo,

con el tiempo percola y va a alimentar los acuíferos más profundos.

Cuando todos los espacios intersticiales están llenos de agua, el suelo se

dice saturado.

Gases

La fracción de gases está constituida fundamentalmente por los gases

atmosféricos y tiene gran variabilidad en su composición, por el consumo

de O2, y la producción de CO2 dióxido de carbono. El primero siempre

menos abundante que en el aire libre y el segundo más, como

consecuencia del metabolismo respiratorio de los seres vivos del suelo,

incluidas las raíces. Otros gases comunes en suelos con mal drenaje son

el metano (CH4 ) y el óxido nitroso (N2O).

Se denomina Suelo a la parte superficial de la corteza terrestre,

biológicamente activa, que tiende a desarrollarse en la superficie de las

rocas emergidas por la influencia de la intemperie y de los seres vivos

(meteorización).

De un modo simplificado puede decirse que las etapas implicadas en su

formación son las siguientes:

Disgregación mecánica de las rocas.

Meteorización química de los materiales regolíticos, liberados.

Instalación de los seres vivos (microorganismos, líquenes, musgos, etc.)

sobre ese sustrato inorgánico. Esta es la fase más significativa, ya que con

sus procesos vitales y metabólicos, continúan la meteorización de los

minerales, iniciada por mecanismos inorgánicos. Además, los restos

vegetales y animales a través de la fermentación y la putrefacción

enriquecen ese sustrato.

Mezcla de todos estos elementos entre sí, y con agua y aire intersticiales.

El suelo es importante porque es el sustrato sobre el cual se desarrolla la vida vegetal y animal. Además, el suelo protege el medio ambiente, ya que actúa como filtro y transformador de contaminantes producidos sobre todo por el hombre.

Por su uso, puede clasificarse como:

•          agrícola

•          forestal

•          industrial

•          habitacional

HIPÓTESIS:

El suelo es considerado como uno de los recursos naturales más importantes, de ahí la necesidad de mantener su productividad, para que a través de él y las prácticas agrícolas adecuadas se establezca un equilibrio entre la producción de alimentos y el acelerado incremento del índice demográfico.

El suelo es esencial para la vida, como lo es el aire y el agua, y cuando es utilizado de manera prudente puede ser considerado como un recurso renovable. Es un elemento de enlace entre los factores bióticos y abióticos y se le considera un hábitat para el desarrollo de las plantas.

Gracias al soporte que constituye el suelo es posible la producción de los recursos naturales, por lo cual es necesario comprender las características físicas y químicas para propiciar la productividad y el equilibrio ambiental (sustentabilidad).

OBJETIVOS:

El alumno comprenderá y estudiará las características del suelo mediante el análisis de una muestra del mismo; del cual obtendrá algunas de sus características físicas y químicas a través del aprendizaje de la metodología para el muestreo.

Se pretende que el estudiante obtenga el porcentaje de humedad, así como también se obtenga la relación de aniones, cationes y las sales presentes en la muestra y los de a conocer mediante el informe de la práctica.

Acontinuacion se presentan las tecnicas utilizadas para la obtención de las propiedades antes mencionadas.

Propiedades Físicas del Suelo

Introducción:

Las propiedades físicas de los suelos, determinan en gran medida, la capacidad de muchos de los usos a los que el hombre los sujeta.

La condición física de un suelo, determina, la rigidez y la fuerza de sostenimiento, la facilidad para la penetración de las raíces, la aireación, la capacidad de drenaje y de almacenamiento de agua, la plasticidad, y la retención de nutrientes. Se considera necesario para las personas involucradas en el uso de la tierra, conocer las propiedades físicas del suelo, para entender en qué medida y cómo influyen en el crecimiento de las plantas, en qué medida y cómo la actividad humana puede llegar a modificarlas, y comprender la importancia de mantener las mejores condiciones físicas del suelo posibles.

La fase gaseosa del suelo es la menos estudiada, debido a que cambia fácilmente y es muy difícil de muestrear y estudiar. Sin embargo es una fase muy importante para la respiración de los organismos y responsable de las reacciones de oxidación.

Se sitúa en los poros del suelo, en ellos las fases líquida y gaseosa están en mutua competencia, variando sus contenidos a lo largo del año. Un suelo en capacidad máxima no contendrá fase gaseosa mientras que otro en punto de marchitamiento presentará valores muy altos.

 Esta composición media del aire del suelo varía no solo con la profundidad del aire sino con los cambios estacionales. El aire del suelo muestra variaciones locales principalmente en los contenidos de O2 y CO2. En el suelo hay menos O2 que en el aire y más CO2. Esto se explica por todos los procesos que tienen lugar en el suelo y que implican el consumo de O2 y el desprendimiento de CO2, es decir aquellas reacciones en las que estén implicados todos los organismos del suelo: respiración de las plantas, actividad de microorganismos, procesos de mineralización y procesos de oxidación.

Hipótesis:

La cantidad de aire que contiene un tipo de suelo, depende del tamaño de partículas que posea la mezcla. Por el tamaño de éstas partículas se tiene mayor o menor porosidad, y por lo tanto tendremos mayor o menor cantidad de aire entre éstas.

Objetivos:

Cada equipo de laboratorio determinará la propiedad fìsica asignada por la profesora con base en las prácticas realizadas con anterioridad .

En este caso se trata de establecer la cantidad de aire en el suelo y elaborar una conclusión en base a  los resultados obtenidos.

Preparación

Materiales:

• Muestra de suelo
• Dos probetas de 50 o 100 ml
• 30ml de agua

Procedimiento:

1. Se determina el volumen de una porción de la  muestra de tierra mediante la utilización de una probeta completamente seca.
2. Agregar en la probeta restante los 30ml de agua
3. vaciar la tierra (una vez que haya determinado el volumen) a la probeta que contiene el agua, observaras que el nivel del líquido cambia y salen algunas burbujas de aire.

Asi, tendremos q volumen de tierra seca (v1), Volumen de agua (v2) y volumen de tierra con agua (v3) , entonces:

 Si v3-v2= volumen de aire

Volumen de tierra seca – 100%

Volumen de aire            _  y

Y%=% de aire

Observaciones

Propiedades fisicas del suelo (cantidad de aire)
Volumen de tierra seca	10 ml
Volumen de agua	30 ml
Volumen de agua con tierra	37ml
Volumen de aire	3ml

(Volumen de tierra seca) 10ml -100%

(Volumen de aire )             3ml  - y%

30% de aire

Análisis:

En el experimento se pudo observar al momento de la realización la formación de burbujas de aire al momento de introducir la tierra en el agua, lo que nos indica que el aire esta siendo sustituido por el agua, además se pudo observar que el volumen total de la tierra con agua no es la sumatoria del volumen de tierra seca y el agua, sino que descendió.

PROPIEDADES QUÍMICAS

INTRODUCCIÓN:

Es una fracción mineral, formada principalmente de arcillas, limo y arena. Los componentes minerales constituyen la mayor parte de la estructura de un suelo. En orden de abundancia, los elementos más comúnmente encontrados en los minerales son: O , Si , Al , Fe , C , Ca , K , Na , Mg , Ti. Los minerales se dividen en primarios y secundarios; los primeros se encuentran constituidos principalmente por O y Si y forman silicatos de estructuras Si-O (grava y arena). Los minerales secundarios, provenientes de procesos de disolución y precipitación, son de suma importancia debido a su superficie de reacción, y a que sirven como depósitos de agua, nutrientes y materia orgánica, lo que le confiere la parte activa de un suelo (arcillas). Los suelos se clasifican, en función a su tamaño de partícula, en cuatro principales componentes: arcilla (tamaño de partícula menor a 0.002 mm), limo (0.002-0.05 mm), arena (0.05-2 mm) y grava (partículas mayores a 2 mm). Las cantidades relativas de cada tipo de partícula mineral determinan la textura de un suelo y tienen un impacto directo sobre sus propiedades físicas, químicas y biológicas.

Se le llama así a esta parte del suelo por que está relacionada con  la formación, composición, estructura y reacciones químicas de los elementos y compuestos inorgánicos que en este caso es en el suelo y por que su composición no posee enlaces carbono- hidrógeno y por lo tanto en ésta entran los ácidos, las bases, las sales binarias y terciarias, elementos minerales y óxidos.

HIPÓTESIS:

Se identificarán los cationes y aniones  de cada muestra de suelo por medio del calcio, sodio, potasio, cloruros, sulfatos, carbonatos, sulfuros y nitratos para encontrar su parte inorgánica de manera mas sencilla.

OBJETIVO:

• Señalará cuales son los cationes y aniones más comunes que están presentes en la parte inorgánica del suelo.
• Reconocerá que los compuestos inorgánicos se clasifican óxidos, hidróxidos, ácidos y sales.
• Aplicará el concepto ion a la composición de sales.
• Clasificará a las sales en carbonatos, sulfatos, nitratos, fosfatos, cloruros y silicatos.

IDENTIFICACIÓN DE ANIONES

Objetivos:

Señalará cuales son los cationes más comunes que están presentes en la parte inorgánica del suelo.

Procedimiento:

Extracción acuosa de la muestra de suelo.

1. Pesa 10 g de suelo previamente seca al aire y tamízalo a través de una malla.

2. Dilúyelo en agua destilada y agítalo durante 5 minutos.

3. Después filtra la mezcla hasta obtener un líquido cristalino. (Esto se hace para poder trabajar directamente con la parte de sales, que son la parte inorgánica.)

I. Identificación de cloruros (Cl-1).

1. En un tubo de ensayo coloca la mezcla acuosa del suelo.

2. Agrega unas gotas de ácido nítrico diluido hasta eliminar la efervescencia.

3. Agrega unas gotas de solución de AgNO3 0.1N.

4. Anota tus observaciones.

II. Identificación de Carbonatos (CO3-2).

1.  En un vidrio de reloj, coloca un poco de muestra de suelo seco.

2. Adiciona unas gotas de ácido clorhídrico diluido.

3. Observa lo que sucede

III. Identificación de nitratos (NO3-1).

1.  Coloca la disolución acuosa en un tubo de ensayo.

2.  Verifica su  acidez con papel tornasol.

3. Agrega un poco de solución saturada de FeSO4.

4. Inclina el tubo aproximadamente a 45º y añade despacio H2SO4 concentrado

5. Verifica de nuevo su acidez

6. Observa los resultados.

cloruros (Cl-1)	Carbonatos (CO3-2).	Nitratos (NO3-1).
Existen cloruros ya que en esta muestra se torno blanca al juntar el acido nítrico y el AgNO3 0.1N	En este tipo de suelo existe una muy pequeña cantidad de Cloruros ya que su reacción fue minúscula casi imperceptible	En este suelo no existen nitratos ya que no sucedió la formación del anillo café que se supone debió haber sucedido

El papel pH en la segunda verificación se torno morado

IDENTIFICACIÓN DE CATIONES

OBJETIVO:

Atravez de la comparacion con muestras  testigo, se determinarán los aniones presentes el la muestra de suelo asi como tambien se presentará una tabla de posibles sales presentes en ella

PROCEDIMIENTO

1. Identificación de Calcio (Ca+2).
Introduce un alambre de nicromel en el extracto de suelo y acércalo a la flama del mechero bunsen. Si observas una flama de color naranja, indicará la presencia de este catión.

2. Identificación de Sodio (Na+1).
Coloca 1 g de suelo seco y tamizado en un tubo de ensayo. Disuelve la muestra con 5 mL de solución de ácido clorhídrico (1:1). Introduce el alambre de nicromel y humedécelo en la solución, llévalo a la flama del mechero, si esta se colorea de amarillo indicará la presencia de iones sodio.

OBSERVACIONES

IDENTIFICACION DE CALCIO

·         Suelo ya filtrado Al acercarlo a la flama

·         Color anaranjado

·         RESULTADO: Presencia de calcio en la muestra de suelo

IDENTIFICACION DE SODIO

·         Suelo ya filtrado Al acercarlo a la flama

·         Color Amarillo (solo al principio)

·         RESULTADO: Presencia de sodio en la muestra

ANÁLISIS DE PROPIEDADES

Se puede observar que la realización del experimento se comparo con muestras testigo las cuales nos indicaron la presencia de aniones y cationes en el caso de las propiedades quimicas, y para el caso de la obtención de cantidad de aire puede decirse que se determino mediante el calculculo de porcentaje.

Tabla de posibles sales

Anión (-)	Catión (+)	Posibles sales
( Cl)-1 Cloruro	Ca +2 Calcio	CaCl2 Cloruro de Calcio NaCl Cloruro de Sodio KCl Cloruro de Potasio
(SO4)-2 Sulfato		Ca(SO4) Sulfato de Calcio Na2(SO4) Sulfato de Sodio K2(SO4) Sulfato de Potasio
(CO3)-2 Carbonato	Na +1 Sodio	Ca(CO3) Carbonato de Calcio Na2(CO3) Carbonato de Sodio K2(CO3) Carbonato de Potasio
(S)-2 Sulfuro		CaS Sulfuro de Calcio Na2S Sulfuro de Sodio K2S Sulfuro de Potasio
(NO3)-1 Nitrato	K+1 Potasio	Ca(NO3)2 Nitrato de Calcio Na(NO3) Nitrato de Sodio K(NO3) Nitrato de Potasio

CONCLUSIÓN

Finalmente podemos concluir que con esta practica el alumno aprendió a identificar distintas reacciones y propiedades presentes en el suelo mediante el proceso científico.

Se determinaron las propiedades tanto fisicas como quimicas requeridas

Gracias a esta práctica ahora podemos identificarlos más fácilmente y podemos de igual manera concluir que se cumplió la hipótesis dada.