Propiedades físicas y químicas de los herbicidas

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(1)38. •. PROPIEDADES FISICAS y QUIMICAS DE LOS HERBICIDAS. lo. INTRODUCCION. Las características y propiedades de los herbicidas influyen y controlan en gran parte su comportamiento en el campo. Las razones para usar o no usar, por ejemplo, una formulación de 2!4-D en vez de otra son basadas en los efectos que tiene la formulación sobre la volatilidad y absorción del químico~ Así mismo la diferencia en solubilidad dentro de un grupo de herbicidas, influyen el uso de cada uno. Un conocimiento de las propiedades físicas y químicas de los herbicidas nos ayudará a comprender el por qué del uso de dichos productos.. Las propiedades más importantes son las siguientes: polaridad r solubilidad volatilidad, reacciones de los herbicidas, toxicidad y formulaciones o. 2.. •. Los herbicidas se pueden dividir en dos grupos segun la presencia (polaridad) o ausencia (no polaridad) de las cargas electricas en las moléculas polares, las cuales tienen regiones donde existen cargas eléctricas positivas y cargas eléctricas negativas~ Crafts y Robbins enumeran los siguientes tipos c1'e cargas eléctricas que pueden dar polaridad: las cargas valentes de los iones H+, OH-¡ etc.; las fuerzas covalentes de electrones compartidos, como las del bencenOi Y las fuerzas covalentes coordinadas que caracterizan los compuestos de hidr6geno con oxígeno (B 0), con fluor (HF), con nitrógeno 2 (N-H 3 ), con cloro (HCl) o con azufre (HzS). El mejor ejemplo de un compuesto polar es el agua~ Entre los herbicidas polares tenemos:las sales de 2 1 4-0, el aminotirazol y las sales de pentaclorofenolo otra palabra que se usa para denominar a un compuesto polar es hidrof{líco (amante del agua) ... Los compuestos no polares~ o apolares, ~ienen muy pocas cargas eléctricas Son muy insolubles en el agua. ; Los aceites de petróleo, el éster de 2,4-D 1 el pentaclorofenol,y los aceites y ceras, son buenos ejemplos de compuestos apolares~ otra palabra para designar a los compuestos apolares es lipofílicos (amantes de la grasa). (Figura 1). e. •. POLARIDAD.

(2) 39. • + +. + +. • Moléculas Polares (Hidrofilicas). Moléculas no Polares (Lipofílicas) Aceites Grasas Esteres de 2,4-D Cutíla vegetal. Agua Sales de PCP Sales de 2,4-D Paredes celulares de la planta Raíces vegetales FIGURA l.. Polaridad:. •. grado de cargas ricas eléctricas.. • La polaridad es importante desde el punto de vista del portador. El agua t que es polar, no es buen portador de los compuestos apelares. En el curso de la penetración del compuesto en la plantar los aceites de petróleo apolares pueden fácilmente penetrar las capas exterr.2.S ,,::.8 cera y cutina de la planta .. ya que tanto los aceites como la capa exterior son apolares. Sin embargo, los comp11estos polares pueden penetrar estas capas exteriores, pero con mucha más dificultad (Figura 2).. 3,. •. SOLUBILIDAD. Por el contrario, las raíces de las plantas problablernente absorben más fácilmente las formas polares de los herbicidas (Figura 2)~ La solubilidad es en parte una función de la polaridad. Por ejemplo, se acepta generalmente que la solubilidad de un herbicida en agua y su polaridad están correlacionadas. La mayoría ,_,: las sa01e8 de herbicidas son solubles en agua. Muchos de los ácidos y todos los ésteres de estos mismos herbicidas son insolubles en agua, y debe ser aplicados en un portador de aceites o en una emulsión en agua.. •.

(3) • •. Herbicida Polar •. 40. LA HOJA. O. Herbiclca Apelar. , • FIGURA 2,. Las partes vegetales de la planta absorben los herbicidas de polaridad similar~. La solubilidad tiene un profundo efecto de la planta sobre la conducta herbicida del compuesto; por ejemplo: LA R.c11Z. Herbicida Pol.ar. •. Herl:-,icida Apolar. /. .... \. \. Cl 1";;-. ''---. Cl. 3 fenil-l; 1, dimetil úrea (fenuron)1 Solubili~ad en agua: 3,850 pprn,. I. E O I. 3(3,4-diclorofenil)- 1,1 dimentil (diuron), Solubilidad en agua: 42 ppm.. • Estos dos compuestos son semejantes, excepto por la presencia de dos átomos- de cloro el anillo del diuron. Debido a su solubilidad en el agua, el Genuron se lixivia fácilmente en el suelo y a menudo se usa para destruir las plantas perennes y los. en. i1. N-C-N.

(4) 41. árboles que tienen profundos sistemas radicales. El diuron, por el contrario, es muy poco soluble en agua y no se lixivia a más de tres centímetros del suelo- Por esta razón, se puede usar como herbicida de preemergencia en cultivos que tienen sus raíces a cinco centímetros de la superficie.. 4.. VOLATILIDAD. La volatilidad es la tendencia de un herbicida a cambiar de la forma sólida o líquida a vapor herbicídico que puede destruir o dañar ciertas plantas vecin~s y reducir la germinación de las semillas almacenadas con herbicidas. La volatilidad está controlada por la presión de vapor de la substancia química, que es. •. una constante física; por la temperatura¡ la concentración de agua en el aire (humedad); presión de aire y el viento. Bajo casi todas las condiciones de los polvos mojables, ácidos y las sales de la mayoría de los herbicidas tienen una presión de vapor muy baja, insuficiente para que haya riesgos de volatilidad, aún a altas temperaturas. Los ésteres¡ por el contrario, tienen una alta presión de vapor y son volátiles. En general, entre mayor sea el número de átomos de carbono en la parte alcohólica del éster, menor será el peligro de volatilidad. Una unión de éster. también reduce la volatilidad.. •. Se encontró que el efecto de la volatilidad sobre la germinaclon de semillas de arveja está directamente relacionado con el número de carbonos en la parte alcohólica del éster. (Figura 3)~ Esta es la razón por la cual se ha establecido que las millas y los herbicidas nunca se deben de almacenar juntos. 10 90 80. se-. 70. 14etilo y es-tilo 5678910. FIGURA 3.. Porcentaje de germinación de semillas de arveja despuiis de expuestas a vapores o gases de diferentes formulaciones~. •.

(5) . •. 42. La volatilidad taniliién ocasiona pérdida del herbicida y con ello se reduce la efectividad del tratamiento herbicídi-. El herbicida estilo N,N-di-n-propilo-tiocarbarnato (EPTC):. ~. I •. o. se pierde rápidamente de una superficie líquida por evaporación, hasta un 1,4 miligramos por cm2 por día a 30 grados centígrados, o l4 gramos por hora en dos hileras de maíz de cinco metros de. longitud*, Debido a esta extrema volatilidad, el EPTC y los com-. •. puestos relacionados deben ser incorporados (mezclados con el suelo) para que no se pierda la actividad herbicídica poco después de la aplicaGión~ Todos los herbicidas aún aquellos con bajas presiones de vapor pueden Ferderse de la superficie del suelo si se expor~en a la luz solar brillante por un pex"íodo largo de tiempo.. 5.. REACCIONES DE LOS HERBICIDAS. • 5. L. HIDROLOSIS.. Quiere decir descomposición de la molécula con la agregacl.ón simultánea de agua~ Por lo general esta hidrólosis da por resultado la detoxificación del herbicida . . como en el caso de la hi,dr61is~s del propanil en 3,4-dicloronalina y ácido propi6nico (Figura 4), Sin embargo algunas veces sucede que la hidrólisis hace que un herbicida anteriormente ínactivo, se vuelva activo~ Por ejernplof el herbicida sesone se convierte mediante la hidrólosis en 2~4-diclo­ rofenoxiotanol, un herbicida activo, que puede ser oxidado en 2$4-D (Figura 5).. • •. ... Ashton, F.M. e I.J, Sheets.. 1959.. Weeds 7:88 ..

(6) 43. o. Cl. ======>. el Propanil. I. '1 :::H 2.fCH 3 -C:11 2 -COH. \. ~----'. Cl. • FIGURA 4.. Hidrólisis (adición de agua) de propanil.. . • el. FIGURA 5.. 5.2.. Hidrólisis de sesone.. ADSORCION.. Es el nombre que se le da a la tendencia de ciertos herbicidas a rrpegarse" a partí.culas inorgánicas y orgánicas minúsculas (coloides) del suelo (Figura ó). Los herbicidas que son adsorbidos no son fácilmente tomados por las raíces de las plantas, y por 10 tanto el herbicida es menos tóxico entre mayor sea la adsorción. • o. .-.

(7) ... 44. Eq""<. 1: "'-l'. '--.~-'-. I. ..... - '. o. e ","". .¡--~,,,,. .".~. las moleculas. 2.d~"')o. 000. rbidas. •. O O O. ;. r\ ,,~. •. NolGc:LlJ.a.3 ae lviOllUrón a~_::':;"Jj::-C~;.(~'a;::. Monurón absorbido 1 no 'O. ~. :!:"ir.:;llúlcl~-ce. l.6.G. FIGURA 6.. •. O O. "::"":';:',YC:ciG.0. -::'22. por. por las raí-. vegetales.. rü:Lc( s veget.dles. Efecto de adsorci6n en la disponbilidad de herbicidas a la planta.. Los suelos se diferencian entre sí en cuanto a sus capacidades adsortivas y los herbicidas también parece que tienen difere~­ cias en su tendencia a ser absorbidos En general, entre mayor o. sea la capacidad de adsorción del suelo, mayor sería la tendencia del herbicida a ser adscrbido, y por lo tanto, mayor deberá ser la dosis a aplicar para obtener buenos resultados. 5.3.. OXIDACION BETA.. En la oxidación Beta ciertos familiares del 2 4-D sufren una reducción enzimática a lo largo de la cadena de carbono. La descomposicion ocurre solamente en los carbonos de número par~ y. • ... Este proceso de degradación por la oxidación Beta resulta finalmente en la producción de 2,4-0 (Figura 7)".

(8) 45. C O-CH - CH 2-<-:H22. O-. GE'. Cl. 2,4-DB (Inactivo). \ el. o. o. " • - -rH -C-CH U ~. 2 --2 -e-()F. •. el. o. Cl. o ". •. () -CH 2 -C -OH. Cl. ~). 2,4-Q (Ac:tivo). +. CH::;-. íl e -. OH. Acido AcÉt.::'cü. I. el FIGURA 7.. 5.4.. La oxidación Beta de 2,4-DB para producir 2,4-D.. FOTODESCOMPOSICION.. Es la descomposición del herbicida mediante la radiación. ocurre en soluciones de agua, en superficies de vidrio y sobre el. papel de filtro. Hasta el presente no se conoce muy bien. El primer paso es la absorción de la luz ultravioleta por las moléculas del herbicida (Figura 8). La absorción de la luz aumen-. •.

(9) .. • ". 46. t.a la energía de las moléculas, especialmente el nivel de energía de ciertos electrones orbitales, y aumenta la reactividad. Las moléculas herbicídicas pueden perder su exceso de energía mediante cambio de color, radiación o fluorescencia y volver a su estado original con o sin sufrir reacción. Todavía nos falta muchos por aFre~der sobre la identificación de los productos de fotodescomposicion de los herbicidas.. •. •. FiGURA 8e. 5.5.. .El proceso de fotodescomposición de un. herbicida~. TOXICIDAD.. Para que un herbicida sea útil como tal, debe ser tóxico a las plantas Aunque las plantas y los animales Son muy diferentes~ aún a nivel celular donde ocurre la destrucción de las malezas ellos tienen muchos orgánulos en común., y. •. a. los. Ocasionalmente sucede que un herbicida es también tóxico Por esta razón, se debe tener sumo cuidado. mamíferos~.

(10) 47. al desarrollar un herbicida para evitar que sea peligroso a humanos o. animales~. Se han hecho pruebas para evaluar la toxicidad de los. bicidas a los animales.. her-. Se han hecho prue0as para determinar el ni-. vel agudo de toxicidad o sea la dosis más pequeña que es fatal en. una sola aplicación. Estos est.udios se han hecho con ratones. Por ejemplor la toma oral aguda; o DL501 para los ratones para el herbicida amitrole es de 14,7 gramos por kilogramo; esto quiere decir que un ser huma~o que pese 68 kilos tendría que consumir más de 900 gramos de amitrole para que esta fuera fatal, asumiendo que los efectos Son los mismos para humanos corno para ratones. Como se ve, ésto es muy probable que suceda.. •. Otras pruebas de toxicidad consisten en la inyección intraperitoneal (directamente en la corriente sanguínea inyectando en la piel y la toxicidad crónica en que a ratas o ratones se les da herbicidas como parte de su dieta por largos períodos de tiempo para determinar el nivel más alto que puedan tolerar sin causar efectos. Todas estas pruebas son aplicadas a cada herbicida durante su fabricaClan para asegurar y comprobar que su uso en la agra.cultura no vaya a ser perjudicial para la salud humana.. 6.. FORMULACION. • Los herbicidas se formulan cambiando sus propiedades físicas y químicas. La formulaci6n se hace para aumentar la solubilidad o la duración en que pueden permanecer en depÓsito; para disminuir los riesgos de desvío o volatilidad para aumentar o disminuir su toxicidad a las plantas, o la selectividad entre las especies~ Las fórmulas para efectuar aplicaciones adecuadas incluyen las soluciones¡ las emulsiones¡ los polvos mojables y los granulados (Figura 9, 10, 11 y 12)0. •. Cuando un herbicida es suficientemente soluble en agua, puede ser formulado para su aplicación como una solución.. --0- -0--0- - 0 - ~ -0--0--0--0---0- -0- -0--\ --0--0--0- - O--o---o-·O~ --0--0--0--0- -0--0-/ FIGURA 9.. Solución.. El herbicida es soluble en agua.. •.

(11) 48. ~,. ~<~------ -~­. /0. o. O O. O O. o. O. o. o. -~. o. o. o. -- - -- ~ O O 0\. o. o. O. \0 O O O O O O O ~ ---_._---------. •. FIGURA 10.. Emulsión. El herbicida es insoluble en agua, pero se mezcla con ella.. 00---00---00-- --O 0---0 O 00---00---00----00---00-.() 0---0 0- --O 0- - -O 0- - -O 0--0 --O 0---0 0-- -O 0- --O 0---00-----O O-~-O 0- ---O O--~O 0---00-O O- - -O O- - - O 0- - - O 0- - O 0-. •. FIGURA 11,. Emulsión Invertida.. - - - -----. --~. • • • • • • • • • •. •. Fase continua Fase • • • dispersa. •. FIG~RA. 12.. - -. Suspensión, Partículas minúsculas insolubles en agua y en aceite. Los polvos mojables forma suspensiones en el agua.. -.

(12) 49. En una solución, tanto el herbicida (saluto) como el agua (solvente), se mezclan completamente y el herbicida no se sedimenta cuando está en reposo. son solubles en agua.. •. La mayoría de las sales de herbicidas. Otros tipos de herbicidas y los ésteres de la mayoría. de. ellos no son solubles en aguad pero son solubles en aceites lípi'dos& Si se han de aplicar en portadores acuosos, entonces deben ser formulados para formar 11na emulsión en el agua. Una emulsión. es una mezcla de dos líquidos que no son mutuamente solubles. En una emulsión, uno de los liquidos (la fase dispersa) se descompone en pequeñas gotas en otro lí.q-Jido (fase continua)· ~ En la natu:raleza existen emulsiones naturales Por ejemplo" la leche es una emulsión de mante~~illa (fase dispersa; yagua (fase continua). o. •. La mayoría de los herbicidas son formulados para hacer este tipo de emulsión" En algunos casos .., el agua es la fase dispersa y los herbicidas que contienen aceite, la fase continua. Este tipo de errulsión se denomina algunas veces; emulsión invertida; es muy espesa, como crema batida o grasa clarao Los herbicidas se aplican a veces como emulsiones invertidas~ Algunas emulsiones no son estables y deben agitarse o revolverse constantemente para evitar que se sedimenten~ En algunos casos el herbicida es insoluble tanto en agua corno en acei te~ En este caso se puede moler o descomponer en partícul¿l.s muy finas las cuales se mezclan en el aceite o agua para formar suspensiones8 A estas formulaciones se le da. el nombre de polvos mojables. Algunos de los herbicidas formulados como polvos mojables son la, atrazina,la simazina y el diuron~ A veces los herbicidas son impregnados en la superficie de un portador sólido (Figura 13) por ejemplo sobre arcilla, arenal vermiculita o materiales orgánicos de diversos tipos. Las partículas del portador impregnadas con herbicidas se denominan granulados de herbicida. Los granulados pueden ser esparcidos manualmente con esparcidores mecánicos~ El uso de los granulados sirve para proteger las plantas susceptibles ya que ellos no permanecen sobre las hojas de estas plantas~ En aplicaciones hechas en postemergencia¡ y en preemergencia, los granulados eliminan la necesidad de usar. 6.1.. •. •. agua~. ADITIVOS,. Los aditivos comprenden los diversos tipos de que están incluIdos en la formulación de un herbicida nuir la tensión superficial) aumentar la absorción del químico, ayudar a la emulsificación o la dispersión o. materiales para dismiproducto ayudar a qJe. • •.

(13) •. 50. el herbicida se adhiera sobre la hoja~ Ya hemos discutido una cla~ se de aditivo. el est.abilizador de emulsión. ütros tipos son los. agentes humedecedores r humectantes, adherentes (o detergentes). y. Aunque sus efectos son diferentes, todos estos mate-. esparcidores.,. riales contienen. moléculas que tienen grupos polares como no pola-. res" En soluciones de aCBite, agua, estas moléculas pueden alinaar-. se en la entrecara de aceite yagua con el grupo apolar en el aceite y el grupo polar en el agua (Figura 14'.. •. FIGURA 13.. Granulados,. Los herbicidas Son impregnados. sOD-ce una. superficie sólida (portador).. •. \. Aceite. No polar. \. Polar. Agua. Moléculas de un est.abilizador de emulsión en -~n'La ent.cecara de aceite y agua ~Weed Control de Crafts y Robbins r 1962) ,. •. Debido a esta ~lo. propiedad~. los. " t "lenen ad~tlvoS. . ~Fectos: varlOS ... .L. Reducen la tensión interfacial entre el aceite y el agua. o.

(14) ., 51. (éster yagua), y por tanto t.if:nden a estabilizar las emulsiones . . 2.. Reducen la tensión s"0pe.rficial de got,as de agua sob:ce la superficie de la.s hojas cerosas mediant.e un mecanismo simi lar <. Esto da por resultado una mayor área de contacto de cada 90ta de agua; y se aume;-"t.a l.a absorción herbicida~. • Gota de agua sobre la . si;", hamect.ar.te. Gota de agua con humectanta. 1-. ~iCJa. ,,3... Aparentemente aumentan la perJetraci6n de los herbicidas en la cutí.cula; abriendo lige:!::-amente :Los 8spa,cios intermolec'.1-lares en la c\.lticula v o haciendo a los P'3.:-},:icidas pelares y las molécu.las acuosas más solubles en .las r::eróLS apolares de la cutícula~. En general,. los numect:antes! los emulsificadores y los detergentes hacen que les herbicidas sean más tóxiccs~ puesto que uno de los efectos e.s el aumen~car -la cant.idad de herbicida absorbido por la planta.. . •. Los agentes pegantes o adhesivos ayudan. a pegar los herbicidas a 12 -;:"'..:.'pe:cfic.ie foliar. El :rnecanismo fí sico de es te efecto. es descc;;.o.cido '.... Muchos de los. humectante~~. son también a . ihesivos~ .. Los agen-tes dispersore3 sor.. substancias que reducen 2a atrac-. C,'ion entre particulares afin~s" Con fre.C',.lencia se usan Con polvos mojables para conservarlos en suspensión. en agua, Algunos agente.s dispersores son algunas veces bUenos ag2r~::es humedecedores¡ pero. I. otros no" PCRTADORES ... El portador es el material inerte Con el cual so mezcla la soülción herbicida concentrada para di_luirla y aplicarla en el campo" Los po:ctadores más comunes Sen el agua( los aceites de P(otróleo y gran.ulados de diversos tJ.poso. gdeb. •.

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