ARCILLAS – MINERALES SECUNDARIOS

La importancia de las arcillas o minerales secundarios, radica en que constituyen el asiento donde ocurren la mayoría de los procesos químicos de adsorción y retención de nutrimentos y, su posterior liberación a la solución del medio donde serán luego aprovechadas por las plantas. Las arcillas influyen en importantes propiedades físicas de los suelos como la textura y dependiendo de ésta, quedan afectadas todas las relaciones hídricas de los suelos como su capacidad de retener y ceder agua a las plantas, la velocidad de infiltrar agua en la superficie del suelo, su permeabilidad interna, su conductividad hidráulica, etc. Las arcillas se originan a partir de los minerales primarios del suelo por procesos de meteorización.

1. ESTRUCTURA BASICA DE LAS ARCILLAS

Estos minerales secundarios están formados por láminas de tetraedros unas a láminas de octaedros. Se les llama también arcillas silicatadas y son filosilicatos laminares que tienen estructura tridimensional. Están formados por capas laminares polimerizadas de tetraedros (ion silicio) unidos a capas de octaedros (alúmina) a través de hidrógenos o cationes como

K+¿ ,NH 4+¿ ,Mg+2,Ca++¿¿¿ ¿, etc. La forma en que se unen las láminas de tetraedros y octaedros, sean en

relación 1:1, 2:1, etc., constituyen la llamada Unidad cristalina básica, que al unirse luego entre sí múltiples veces forman las arcillas.

Los tetaedros contienen un átomo central de sílicio y polemiran en un mismo plano (basal) con sus ápices libres. La polimerización ocurre en dos dimensiones formando un patrón de seis tetraedros de silicio (Figura 2.9), unidos entre sí de tal forma que dejan una cavidad hexagonal.

Los octaedros están formados por un ión central pequeño de aluminio, rodeado de 6 OHˉ, formando complejos de carga neta (-3) en una estructura individual. Los octaedros de alúmina se disponen en forma laminar (polimerizan) y sus cargas se satisfacen con hidrógenos (Figura 2.10)

2. TIPOS DE MINERALES ARCILLOSOS

a) Filosilicatos con estructura 1:1 (Grupo caolinita)

La unidad cristalina básica se caracteriza por presentar una capa de tetraedros (Si) unida a una capa de octaedros (Al). La unión entre las unidades cristalinas ocurre por puentes protónicos, donde el hidrógeno del octaedro forma un “puente” que lo une al oxígeno del tetraedro de la unidad básica siguiente. Al unirse miles de veces mediante este proceso, se forma la arcilla. La unión se conoce como red oxígeno-hidroxilada. Esta red produce una fuerte atracción entre las unidades básicas contiguas evitando que penetren otros tipos de iones en forma interlaminar. Por esta razón la estructura de las arcillas 1:1 es compacta, sin sustitución isomórfica, por lo que la carga neta negativa de la arcilla se debe a la ruptura de uniones iónicas entre oxígenos e hidrógenos en la superficie de los cristales. Esta carga neta negativa es dependiente (aumenta o disminuye) con variaciones de pH del medio. También depende de su superficie específica, que en estas arcillas es muy baja, menor de 20m²/g de arcilla. Estas arcillas presentan baja capacidad de intercambio catiónico (CIC), la cual puede oscilar de 3 a 15 meq/100 g de arcilla. La forma o patrón de la caolinita es típicamente hexagonal, Los minerales 1:1 son típicamente arcillas que se desarrollan bajo climas tropicales húmedos. Otras arcillas del tipo 1:1 son: nacrita, dickita, el grupo de las haloisitas, la anauxita etc.

b) Filosilicatos con estructura 2:1

La unidad cristalina básica de estas arcillas está formada por dos láminas o capas de tetraedros que encierran una lámina o capa de octaedros. Los tetraedros se unen a la capa de octaedros, compartiendo átomos de oxígeno.

Las unidades cristalinas básicas se unen entre sí a través de cationes como NH 4+¿ ,Ca++¿¿ ¿, pero no

por puentes de hidrógeno. Los minerales del grupo de las esmectitas y del grupo de las ilitas corresponden a minerales arcillosos tipo 2:1. Se diferencian en que unas sufren expansión-contracción (esmectitas) y otras no (ilitas)

b.1. ESMECTITAS: Las esmectitas son tipo 2:1, expandibles. Las unidades básicas se expanden o contraen al humedecerse y secarse. Un representante del grupo es la montmorillonita que tiene una CIC de 80 meq/100 g de arcilla. Su alto valor de intercambio catiónico se debe a que estas arcillas tienen una carga aniónica total originada en su alta sustitución isomórfica dentro del octaedro, sumando a su gran superficie específica (500 m²/g arcilla). Pertenecen también al grupo de las esmectitas, la beidelita, la nontronita y la saponita. Se diferencian entre sí porque en ellas varía el grado y el tipo de sustitución isomórfica en sus unidades cristalinas.

b2. ILITAS: Los minerales arcillosos tipo 2:1 no expandibles están representados por las ilitas. Sus unidades cristalinas están unidas entre sí por iones K+¿ ¿ lo que las mantiene fuertemente unidas sin sufrir procesos de expansión-contracción ante cambios de humedad. Su CIC es de 5 meq/100 g de arcilla.

c) Filosilicatos de estructura 2:2 (Clorita)

La clorita es un mineral arcilloso interestratificado, compuesto por capas 2:1 al que se une una

capa de hidróxidos[Mg (OH 2 )]n, llamada brucita, que es retenida por atracción electrostática, ya

que las capas 2:1 tienen carga neta negativa (aniónica) y la lámina de brucita tiene carga positiva, originada por la sustitución del magnesio por el aluminio. Otra forma de unión entre brucita y la capa 2:1 es a través de puentes de hidrógeno pero en estos casos presenta menor estabilidad y es rápidamente destruida en los suelos.

La CIC de este mineral es divergente, dependerá de su grado de meteorización, aunque algunos autores le adjudican una CIC de 10-40 meq/100 g de arcilla.

d) Arcillas amorfas (alófana)

Tienen composición química similar a los filosilicatos laminares, pero su estructura cristalina carece de patrones regulares en capas. Los tetraedros y octaedros están dispuestos en forma desordenada. Tienen una alta porosidad interna y muy alta superficie específica, mayor de 500 m²/g, la mayoría de ellas son de origen volcánico, provenientes de la meteorización de vidrios y cenizas volcánicas. La alófana es un mineral poroso, con menos de 100 meq/100 g de arcilla en su CIC y alta capacidad de fijar fosfatos y cinc. Es un aluminio-silicato secundario con alta capacidad de retener agua, con una CIC dependiente del pH y también de cargas permanentes (sustituciones isomórficas originadas dentro de los cristales). Presenta fuerte floculación, lo que hace difícil su dispersión en agua. Es capaz de fijar aniones (fosfatos) porque a pesar de presentar una carga neta negativa, tiene dentro de sus unidades cristalinas “puntos” con desbalance de cargas positivas que permiten capturar aniones. La CIC en estas arcillas es dependiente del pH en forma parcial