Determinación de cationes cambiables (calcio, magnesio, sodio y potasio)

Texto completo

(1)512 tZ. CAPITULO 9. DETERMINACIÓN DE CATIONES CAMBIABLES. (CALCIO.MAGNESIO, SODIO Y POTASIO) Por: Luis Ernesto Castillo Pinzón* GtoriaOrtiz Ramírez. 9.1. Introducción. Los cationes Ca+ +, Mg+ +, K+ y Na+ conocidos como bases fel suelo, representan especialmnente en suelos no alíeos ni excesivamente lavados, 1a fracción dominante fel total fe cationes adsorbidos por loscoloides fel suelo y presentes en la solución fel mismo. Para finesfe diagnóstico fe fertilidad fe suelos, 1a disponibilidad fe estos cationes se determina extrayendo su fracción cambiable con unasolución fe sal neutra Esto explica fe. que se hayaprácticamente "universalizado" el uso fel acetato fe amonio normal y neutro para extraef la fracción disponible fe estos elementos.. Según lo demuestra 1a literatura, el uso fe esta solución ofrece un buen margen fe. seguridad y fe eficiencia parael caso fe suelos tropicales (2,4,5,). No obstante, no deben. omtírse sus\desventajas en ciertos casos específicos, tal como se comenta en el capitulo sobre ClC, ni excluir el uso fe otras soluciones extractantes.. 9.2. Procedimiento de Extracción. 9.2.1. Principio Cuando se colocael suelo con una solución saturante fe acetato fe amonio con ayuda fe. agitación fuerte, el ion NH4+ desplaza fe las posiciones fe intercambio a los cationes retenidos por las cargas negativas fel complejo coloifel. Estos son posteriormente Arólogo , M.S. e Ing. Agr, M.S. Programa fe suelos. Instituto Colombiano Agropecuario. ApartadoAereo 233. Palmira. 1989. 74.

(2) e>. cuantifícafesen el extracto medianteexpectrofotometría fe adsorción atómica ofe emisión. para los cuatroelementos en referenciay, además por cómplexometría paroCayMg.. 9.2.2. Reactivos. - Acetato fe amonio (NH4OAC) 1M pH 7.0. Pesar 77.08 gfe NH4OAC en aproximadamente 500 mL fe agua Agregar hidróxife. * amonio oácife acético par ajustar el pH a7.0 ycompletar avolumen con agua. El. NH4QAC puefe ser reemplazado por 57.3 mL fe ácido acético concentrado y67 5mL fe hidróxife fe amonio a) 30* los cuales se disuelven en agua destilada yse complete a volumen fe un litro incluyen* el ácido ola base que sea necesario agregar pare ajustar el 9.2 3. Extracción. Pesar 5gfe suelo seco ytamizado por malte fe dos milímetros, agregar 25 mL fe NH4OAc 1M pH 7.0; agitar 10 minutos yfiltrar. Cuando se determinen simultáneamente ClC ybases íntecambíablesse debe utilizer el extracto fe la basesaturaferafe NH4OAc fel procedimiento fe ClC para los análisis fe Ca, Mg, Na, yK.. 9.3. Determinación da Ce. Mg. Na y Kpor Espectroíotometrio de Absorción Atómica. 9.3.1. Principio. ,. El análisis fe absorción atómica sobasaenelhechofequeenuna llama aalta temperatura, solo una pequeña fracción fe los átomos fel metal son excitados en un momento dado.. Un átomo excitado es aquel en que un electrón ha sido llevado aun nivel superior de energía del que puefe caer aun nivel inferior, desprendiendo energía radiante En un instrumento fe absorción atómica, el metal (del mismo elemento que se va adeterminar. en te llama) situado en la oquedad fel cátodo (en un tubo fe cátodo hueco) se calienta yse 75.

(3) excita por bombardeo fe electrones para que irradie energía fe la longitud fe onda. característica fel metal. La energía radiante producida se dirige a través fe la llama que contiene losátomos fel elemento a determinar; los cuales absorben esa energía con mayor o menor intensidad dependiendo fe la cantidad fe átomos noexcitados presentes en 1a llama. Su relación con te cantidad fe) elemento se establece por comparación fe te muestra con soluciones fe concentración conocife utilizadas para ajustar el equipo a condiciones fe. trabajo. (1,7). Lamuestra se lleva al quemador fe la llama por succión capilar atomizándose en forma. fe vapor para ser quemada.. Las fuentes comunmente usadas que emiten espectros elementales o "líneas" mas que espectros continuos son las lámparas catódicas y las lamparas fe vapores metálicos. Generalmente las lámparas songarantizadas para un trabajo útil fe 500 horas, lo cual es quivalente a 30,000 determinaciones si se efectúa una determinación por minuto, sin incluir el tiempoprevio * calentamiento (7). 9.3.2. Reactivos. - Solución fe Lantano al 1%. Pesar 11.73 g fe L82O3, agregar aproximadamente 100 mL fe agua destilada.. Despacio y cuidadosamente agregar 50 mL fe HCl concentrado para disolver el La203 y llevar a volumen fe un litro. Si se utiliza LaCl3.H20 pesar 25.44 g fe este reactivo,. agregar 100 mL deagua destilada y 32 mL fe HCl concentrado y completar a volumen fe un litro con agua (3). Este reactivo se utiliza como inhibidor fe ínterferentes químicos, especialmcente fe. sílice, aluminio, fosfatos y sulfates que disminuyen te sensibilidad fe absorción de Ca y Mg.. 9.3.3. Preparación de los Estándares Calcio. Apartír fe una solución fe 1000 mg/L fe Ca tomar alícuotas *0, 1.0, 2.5, 5.0,. 7.5, y 12.5; diluir en balones aforados fe 100 mi con agua destilada pera obtener. 76.

(4) patrones* O, 10, 25, 50, 75, y 125 mg/L fe Ca. La solución concentra* * 1000 mg/L fe Ca seprepara pesan* 2.7691 gfeCaCl2 y diluyendo a un litro conHCl del 6.5S. Al momento fe utilizar los estándares en el espectrofotómetro * absorción atómica debe seguirse el mismo procedimiento para las muestras osea tomar un mililitro de ca*. estándar, agregar 15 mL fe la solución fe lantano y 9 mL fe agua para obtener oncentracíones finales fe 0, 0.4, 1.0, 2.0, 3.0, y 5.0 mg/L fe Ca, las cuales se usan para acondicionar el equipo. Magnesio. Se prepara una solución concentrada fe 500 mg/L fe Mg pesan* 1.9584 gfe MgCl2 y se diluye a un litro con HCl fel 6% Esta solución se utiliza para preparar soluciones intermedias fe 0, 5, 10, 20, y40 mg/L fe Mg; en este caso se toman alícuotas *0, 1, 2, 4, y 8 mL fe solución fe 500 mg/L yse completa a volumen fe 100 rnl con agua. A partir fe las soluciones intermedias setoman alícuotas fe 1mL, seadicionan 1&nL fe una solución fecloruro fe lantano y 9 mL * agua. Las concentraciones fe estas diluciones son. 0, 0.2, 0.4, 0.8, y 1.6 mg/L fe Mg, respectivamente, y son utilizadas para calibrar el equipo a condiciones fe trabajo. PQtesioySpdiQ. Pesar 1.9067 gfe KCl y 2.5421 gfe NaCI, disolver ycompleter avolumen fe un litro. con agua. La concentración fe esta solución es fe 1000 mg/L fe Ky Na y se utiliza para preparar soluciones intermedias fe 0, 10, 25, 50, 100, y 150 mg/L fe Ky Na tomen* alícuotas* 0, 1.0, 2.5, 5.0, 10, y 15.0 mL diluidas a 100 mL con agua. Para la curva patrón sediluyen los estándares 15 veces par obtener concentraciones finales *. 0.4, 1.0, 2.0, 4.0, y6.0, mg/L *K yNa. Esta dilución final puefe efectuarse en agua o conjuntamente con te solución final fe Ca yMg agregando 15 mL fe solución fe lantano y 9 mL fe agua.. 9.3.4. Procedimiento de Determinación. Para 1a determinación feCa, Mg, Ky Na serecomienda una dilución final fe 25 veces. En este caso se toma I mL fel filtra* * NH4OAC, seagregan 15 mL de solución de lantano. y9mL fe agua. Si únicamente se fetermínan KyNa se agregan 24 mL de agua (3). 77.

(5) Se acondiciona el equipo fe acuerdo a las condiciones fel Manual y se efectúan las lecturas.. CátoMlPS. Los resultadosse expresan en me/100 g fe suelo y se calculan asi:. E =Lc x Vf x _L_ x VB x 100 x 1 1000. Va. pm. pe. en donde:. E = Cantidad fe me/100 g fe suelo fel elementodeterminado. Lc = Lecturaen 1a curva expresada en mg/L.. Vf = Yolumen final en mL.. Ve = Volumen en mL del extractanteagregado Va = Alícuota tomada en mL.. pm = Pesoen gramos fe 1a muestra. pe = Peso fe un miliequívalente del elemento determinado, expresado en mg. En este caso se tiene.. E = Lc x 25 x_J_ x 25 x iQO_ 1000. 1. (1). 5. E = Lc x 12.5. (2). 78.

(6) Con base en te ecuación (2), el cálculo paracafe elemento fetermir^ es el siguiente: Ca(me/100g) = Lc x 12.5/20 = Lc x 0.65 Mg(me/100g) = Lc x 12.5/12 = Lc x 1.04 K(me/100g) = Lc x 12.5/39 = Lc x 0,32 Na(me/100g) = Lc x 12.5/23 = Lc x 0.54. 9.4. Determinación de Ca y Mg por Complexometría 9.4.1. Principio. Algunas aminas terciarias que ccfitíenen grupos fe ácife carboxílico forman complejos. muy estables con una variedad fe iones metálicos. Estos compuestos se conocen con e! nombre * Tomplexonas" o••Vérsenos». La sal disódica del ácido etilendlaminotetra-. *etico (EDTA), es el mas usado entre esta clase fe compuestos. Químicamente es un agente quelatante, lo que significa que contiene grupos donadores fe electrones capaces fe formar estructuras estables en forma fe anillos en los cuales las uniones fel metal son covalentes o coordinados covalentes (8).. En la formación entre EDTA yun íón metálico se desprenden siempre fes iones de hidrogeno libre, los cuales se pueden valorar alcaltmétrícamente. Sobre estas reacciones. se fundamentaron las primeras reacciones fe algunos metales, especialmente las fe Ca y Mg(8).. El punto final fe una titulación EDTA-ión metálico se determina por medio fe lacadores que son también agentes quelantes, los cuales reaccionan fe forma diferente en. presenciaoausencia fel metal. Los indicdores usados en valoraciones complexométricas' * EDTA deben reunir ios siguientes requisitos:. - El color de la reacción debe ser específico, sensitivo, selectivo ysujeto al menor número posible fe interferencias.. 79.

(7) -El contraste fe color entre el Indicador libre y el indicador metálico debe distinguirse fácilmente.. - La reacción debe ser rápida para permitir la fijación fel punto final.. -El complejo metal-indicador debe ser suficientemente estable para producir un cambio brusco en el punto final, peromenos estable que el complejo metálico con EDTA.. - Todos los requisitos anteriores deben cumplirse en el rango fe pH fe 1a titulación (6).. Para la titulación fe Ca, los indicadores mas comunmente usados son el murexi* y la calceína. ParaCa ♦ Mg se emplea negro fe eríocromo-T. El pH opimo para te titulación fe Ca debe ser aproximadamente igual a 12 y se obtiene con solución concentrada fe NaOH. El pH requerí* para la titulación fe Ca ♦ Mg, esté entre 9 y 12 y se obtiene con soluciones buffer. Para el punto final fe 1a titulación fe Ca +Mg con negro * eriocromo-T es necesario asegurar la presencia fe Mg, por lo tanto, debe agregarse al EDTA una pequeña cantidad de cloruro fe magnesio (6).. Paraeliminar interferencias en latitulación con EDTA causadas por el hierro y otros metales pesados, se adiciona dítíocarbemato fe sodio, elcual forma un complejo con los metales pesados presentes en la muestra. Este reactivo se debe adicionar antes fe. alcalínizar la solución y su concentración no debe ser mayor fe 0.1 %(6). 9.4.2. Reactivos. - Solución buffer fe hidróxife * amonio-cloruro * amonio (NH4CI-NH4OH) Disolver 67.5 g* NH4CI en570 mL * NH4OH concentra* y completar a volumen de un litro conagua. -Hidróxife fe sodio 6M. Disolver 240 g fe NaOH enaproximadamente 500 mL fe agua y completar a volumen fe un litro conagua.. -Clorurofe calcio (CaCl2) 0.01N. Disolver 0.500gfe carbonato fe calcio puro en 10 mL fe HCl 6N y completar a un litro con agua.. 80.

(8) - Indicador negro fe eriocromo-T. Pesar 0.5 gfel Indicador y 4.5 gfe clorhidrato fe hídroxitemina, disolver en 100 mL fe alcohol etílico fe) 95*. También puede prepararse disolviendo 2.0 fel indicador en una mezcla fe 50mL fetríetenolemína y 50mL fealcohol etílico absoluto. -Murexife. En un mortero triturar ymezclar 0.5 gfe murexife con 100 gfe sulfato fe potasio o 100 g fe cloruro fe sodio. - Calceína. Este indicador reemplaza al murexife y se emplea especialmente para feterminar cantidades muy bajas fe calcio. El punto fe viraje es mas nítido que el observa* con el murexife. Para un cambio bien nítí* debe hacerse una mezcla tritúrate fe indicador. mixto la cual esté compuesta fe 1.0 gfe calceína 0.20 gfe timolfteteína y100 gde nitrato fe potasio.. - Sal dísódlcafel ácidoetílendíamínotetra-acétíco (EDTA) O.OIN. Disolver en agua 2.00 gfe EDTA junto con 0.05 gfe MgCl2.6H20, completar a volumen fe un litro con agua. Establecer su normalidad respecto al murexife yal negro de eriocromo-T con el patrón fe calcio siguiendo el procedimiento indicado para la titulación fe las muestras.. -Inhibidor fe carbamato. Disolver 1.5 gde te sal dlsódlca fel ácife dietilditiocarbemico en agua y llevar a volumen * 100 mL outilizar en la titulación los cristales fe 1a sal disódica. -Aci* clorhídrico 6N. Mezclar partes iguales fe HCl concentra* yagua. 9.4.3. Titulación del Célelo. Del extracto *NH40Ac(Sección 9.2), tomar una alícuota* 5mL, agregar 5gotas* solución * carbonato odos cristales fe esta sal, 2 mL fe NaOH 6M, 18 mL fe agua destilo*y mezclar. Agregar aproximadamente 0.05 gfe murexife ofel índiradodor mixto fe calceína, y titular con solución de EDTA utilizan* una bureta fe 10 mL. Con el murexife en el punto final fe titulación, el color cambia de violeta rojizo a púrpura. Con. el indicador mixto * calceína, el viraje es de verde fluorescente a rojo violáceo no 81.

(9) fluorescente. Cuando se llega al punto final fe valoración el reactivo debe agregarse gota a gota, pues el viraje es algo difuso, especialmente pero murenas:% ,. ... '••%"-. 9.4.4. Titulación de Calcio mas Magnesio. Del extrato fe NH4OAC, tomar una alícuota fe 5 mi., agregar 2mL fe solución buffer. fe NH4CI-NH4OH, 18 mL fe agua destilada, 5gotas fe carbonato y3gotas fe negro fe eriocromo-T. Titular con EDTA. El cambio fe color es fe vino tinto aazul. El punto final fe valoración se obtiene cuanfe feextingue el color vino tinto. Cálculos. E = Vt x Nx Ve/Ya x 100/pm en donde.. E = Cantidad *meq/100 g* suelo fel elemento determina*. Vt = Volumen en mL*EDTA gasta* en la titulación. N = Normalidad fel EDTA.. Ve = Volumen en mL fel extractante agrega*. Va = Alícuota toma* en mL.. pm = Peso en gramos fe la muestra. Eneste caso se tiene:. E = Vt x N25/5 x 100/5. (1). 82.

(10) E = Vf x N 100. (2). Con base en te ecuación (2) el cálculo para cafe elemento determina* es el siguiente Ca(meq/100g) = Vt (murexife) x Nx 100 Ca + Mg(meq/I00g) » Vt (eriocromo) x N 100 Mg(meq/100g) » (Ca. ♦. Mg) - Ca. 9.5. Referencias. 1. Beaty,R.D. 1978. Conceptos ytécnicas en e^r^trofotometría fe absorción atómica. New York , Perkln Elmer Corporation, 30p.. 2. Bohn, H.L., B.L McNeal andGA QComr. 1979. Soil Chemistry. New York. John Wíley andSons. p. 276-282.. 3. DíozR.R.yA.Hunter. 1978. Metodología fe muestreo fe suelos, análisis químico fe suelos ytejido vegetal einvestigación en impropero. Turríalba, Centro Agrológíco Tropical fe Investigación yenzeñanza. Proyetrto CentroAmericano fe FertilWad fe Suelos. 52 p (mimeogrofiado). 4. Dolí, E.C. and R. E. Lucas. 1983. Testlng soils for potasium, calcium and magnesíum En: Walsh, L.M. andJ.E. Beatón el Soil Testlng and Plant Anelysis. Maídson, Wisconsín USA. Soil Science Society ofAmérica, Inc. Fifth printing, i33-151.. 5. Guerrero, R. 1980. Diagnóstico químico fe la fertilidad fel suelo. En: Silva, F.(ed.). Fertilidad fe suelos diagnóstico ycontrol. Publicación fe la Sociedad Colombiana fe la Ciencia fel Suelo, Bogotá., 141 -199.. 83.

(11) 6. InstitutoGeográfico Agustín Coctezzi. 1979. Métodos analíticos del laboratorio fe suelos.. Bogotá, Colombia 664 p.. 7. Isaac, R. A. and J.D. Kerber. 1980. Atomlc absorptton and fíame photometry, techniques and uses in soils, planteand water analysís. En: Walsh L.M. (ed).. Instrumental methods for soils and plant tissue. Madíson, Wisconsin (USA). Soil Sci/ Soc. of Amer. Ina Third Prlntlng, p. 17-37. 8. Skoog, DA y D.N. West. 1977. Fundamentos dequímica analítica Barcelona, Editorial Reverte, tomo 1 p. 311-329.. 84.

(12)