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Jaboticabal - SP ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS.

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Apresentação em tema: "Jaboticabal - SP ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS."— Transcrição da apresentação:

1 Jaboticabal - SP ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

2 INTRODUÇÃO ÓXIDOS DE FERRO Estrutura e composição das fases minerais Propriedades físicas, químicas e mineralógicas Ocorrência e formação Identificação e quantificação CONSIDERAÇÕES FINAIS ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

3 INTRODUÇÃO ÓXIDOS DE FERRO Estrutura e composição das fases minerais Propriedades físicas, químicas e mineralógicas Ocorrência e formação Identificação e quantificação CONSIDERAÇÕES FINAIS ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

4 INTRODUÇÃO Iron oxides: Junho / ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS Termos indexado no Web of Science Gibbsite: Junho / Iron oxides: Outubro / Gibbsite: Outubro/

5 INTRODUÇÃO RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO ORIGEM E TRANSFORMAÇÕES DOS MINERAIS SECUNDÁRIOS DE FERRO Fe SOLO Distribuição Concentração

6 45 % mineral 5 % MO % água % ar INTRODUÇÃO RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO

7 Escala microscópica Fase sólida e a solução do solo Argilominerais Areia Componentes orgânicos Solução do solo poros INTRODUÇÃO RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO

8 Fase líquida Solução do solo Fase sólida Troca iônica DessorçãoDissoluçãoMineralização AdsorçãoPrecipitação volatilização difusão Fase gasosa Lençol freático MicrorganismosPlantas Processos de transferência de elementos químicos entre as fases do solo INTRODUÇÃO RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO

9 Caulinita Mica Ácido fúlvico 1900 x x Grão de areia 190 x Esmectita x Óxidos de Fe 7500 x INTRODUÇÃO RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO

10 INTRODUÇÃO RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO

11 INTRODUÇÃO RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO TYPIC OCHRAQUOX

12 INTRODUÇÃO RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO TYPIC ACRORTHOX

13 Olivina Fonte de ferro (minerais 1 rios ) Intemperismo Sais de ferro Fe(H 2 O) 6 3+ H2OH2O Dissociação pH Desprotonação pH Fe(OH) x 3-x Goethita α- FeOOH Hidrólise Cristalizaçào Ferrihidrita Fe 5 HO 8 4H 2 O Desidratação Reoordenamento Hematita α – Fe 2 O 3 Polimerização Fe(OH) y 2-y Oxidação Desidratação Magnetita Fe 3 O 4 Oxidação continua Maghemita γ- Fe 2 O 3 Redução ÓXIDOS DE FERRO: Ocorrência e formação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

14 Teor médio de Fe de alguns minerais primários encontrados nas rochas da crosta terrestre ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS ÓXIDOS DE FERRO

15 Olivina Fonte de ferro (minerais 1 rios ) Intemperismo Fe 2+ pH H 2 O+O 2 pH>2 Oxidação Fe 3+ Hidrólise Ferrihidrita Goethita Hidratação Hematita Desidratação Goethita ÓXIDOS DE FERRO: Ocorrência e formação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

16 INTRODUÇÃO ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

17 INTRODUÇÃO ÓXIDOS DE FERRO Estrutura e composição das fases minerais Propriedades físicas, químicas e mineralógicas Ocorrência e formação Identificação e quantificação CONSIDERAÇÕES FINAIS ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

18 INTRODUÇÃO ÓXIDOS DE FERRO Estrutura e composição das fases minerais Propriedades físicas, químicas e mineralógicas Ocorrência e formação Identificação e quantificação CONSIDERAÇÕES FINAIS ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

19 ÓXIDOS DE FERRO: Estrutura e composição ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

20 ÓXIDOS DE FERRO: Estrutura e composição ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS Propriedades dos Óxidos de Ferro e Ocorrência

21 ÓXIDOS DE FERRO: Estrutura e composição Empacotamento hexagonal compacto (EHC) e cúbico compacto (ECC) comum entre os óxidos de ferro ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

22 ÓXIDOS DE FERRO: Estrutura e composição Estrutura cristalina da ferrihidrita: (a) representação do modelo de esferas; (b) representação do modelo de poliedros; (c) formação da cadeia de tetraedros tetraedros (laranja) e octaedros (vermelhos) (Michel et al., 2007) ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

23 ÓXIDOS DE FERRO: Estrutura e composição Modelos estruturais de alguns óxidos de ferro comuns em solos e rochas. Coordenação tetraedral e octaedral do Fe na magnetita/maghemita é representada por tetraedros (mais claros) e octaedros (mais escuros), respectivamente. Na schwertmannita, os tetraedros mostram S em seu interior ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

24 ÓXIDOS DE FERRO: Estrutura e composição HematitaGoethitaMagnetita Goethita Hematita Magnetita Lepidocricita Maghemita Ferrihidrita ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS Mais... Mais... Mais... Mais...

25 ÓXIDOS DE FERRO: Estrutura e composição Micrografias de óxidos de Fe obtidas em microscopia eletrônica de varredura. (a) Partículas de goethita na forma de agulhas; (b) Goethitas de um Vertissolo do Texas, EUA; (c) Hematitas na forma de placas hexagonais (setas) do horizonte 2C1 de um solo proveniente de Washington Co., OH, EUA; (d) Hematitas (setas) em formatos irregulares associadas à caulinita de um Latossolo do Brasil ; (e) Ferrrihidrita sintética; (f) Schwertmannita sintética Fonte: Bigham et al. (2002); Dixon (1999); Brito Galvão & Schulze (1996) ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

26 ÓXIDOS DE FERRO: Estrutura e composição Ferrihidrita (elipse); Goethita (hexágono) ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

27 INTRODUÇÃO ÓXIDOS DE FERRO Estrutura e composição das fases minerais Propriedades morfológicas, físicas, químicas e mineralógicas Ocorrência e formação Identificação e quantificação CONSIDERAÇÕES FINAIS ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

28 Estabilidade do agregado Volume de poros Densidade Infiltração de Água no solo Resistência a penetração Disponibilidade de nutrientes CO 2 Cor INTRODUÇÃO ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

29 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

30 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Cor Sistema Munsell ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

31 Pigmentação do solo Efeito da pigmentação dos principais óxidos de ferro (goethita, hematita, magnetita) e uma esmectita graças à sua adição (g kg –1 ) em uma matriz de caulinita ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

32 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

33 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

34 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

35 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

36 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS MATERIAIS DE ORIGEM E COR DO SOLO -Regiões de período seco definido: teor de Fe na rocha solos vermelhos -Regiões de período seco não definido: solos amarelados

37 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Solubilidade A solubilidade dos óxidos de Fe decresce de vezes a cada aumento de uma unidade de pH decrescente Ordem decrescente de solubilidade: schwertmannita > lepidocrocita = akaganéita > ferrihidrita > maghemita > hematita > goethita ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

38 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Grupos Funcionais Superficiais : substituição isomórfica Fe 2+ Fe 3+ ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

39 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Grupos Funcionais Superficiais : substituição isomórfica Fe 2+ Fe 3+ ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

40 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

41 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Grupos Funcionais Superficiais : cargas pH dependentes OH OH [ OH - ] [ OH - ] meio básico [ H + ] [ H + ] meio ácido CTC CTA Chuva naturalmente ácida CO2(g) + H2O(l) --> H2CO3(aq) ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

42 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Grupos Funcionais Superficiais : cargas pH dependentes Efeito do pH (4, 9 e 11) sobre a distribuição das cargas positivas e negativas do grupamento ferrol ([]-FeOH) na superfície de um óxido de ferro associado à predominância de capacidade de troca de ânions (CTA), ponto de carga zero (PCZ) e capacidade de troca catiônica (CTC) ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

43 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Sorção de Íons ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

44 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Sorção de Íons ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

45 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Área Superficial Específica Área de 1 campo de futebol ~1 ha ( m 2 ) Média Quantidade em gramas correspondente a uma área de 1 ha ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

46 ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Propriedades Magnéticas ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

47 INTRODUÇÃO ÓXIDOS DE FERRO Estrutura e composição das fases minerais Propriedades físicas, químicas e mineralógicas Ocorrência e formação Identificação e quantificação CONSIDERAÇÕES FINAIS ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

48 ÓXIDOS DE FERRO: Ocorrência e formação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

49 INTRODUÇÃO ÓXIDOS DE FERRO Estrutura e composição das fases minerais Propriedades físicas, químicas e mineralógicas Ocorrência e formação Identificação e quantificação CONSIDERAÇÕES FINAIS ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

50 ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Métodos Químicos Cor Difração de Raios X (DRX) Propriedades Magnéticas Espectroscopia de Reflectância Difusa Análise Térmica Métodos Síncroton ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

51 ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Métodos Químicos Cor Difração de Raios X (DRX) Propriedades Magnéticas Espectroscopia de Reflectância Difusa Análise Térmica Métodos Síncroton ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

52 ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Métodos Químicos ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

53 Difratometria de raios X (DRX; método do pó) Tratamento químico para concentração de argila e Ox. Remoção dos minerais silicados e hidróxidos de alumínio da fração argila Leitura no Raio X nλ = 2dsenθ (Lei de Bragg) Pulverização da mostra +NaCl Fração argila Separação fisica dos minerais tectosilicatados da fração areia ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

54 a °2θCoα Hm (012) Gt (110 ) NaCl Hm (110) Gt (111) Como sabemos que estes são os reflexos a serem interpretados???? R: Pelo d distância interplanar que é característica para cada reflexo de minerais. O dé encontrado por meio da medida do reflexo em º2θ Difratometria de raios X (DRX; método do pó) ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

55 a °2θCoα Hm (012) Gt (110 ) NaCl Hm (110) Gt (111) Quais os atributos que são identificados e medidos nos difratogramas? R: Largura a meia altura (LMA) e ÁREA DO PICO e d área do pico= h x b h b Difratometria de raios X (DRX; método do pó) ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

56 Cálculos dos atributos mineralógicos Diâmetro médio do cristal (DMC) Fórmula de Scherrer: DMC(nm) = / 10 DMC(nm) = Diâmetro médio do cristal; K = constante de fórmula de 0,91; λ = comprimento de onda conforme o cátodo usado (1,79026) = cobalto (para Ct e Gb o cátodo usado é o cobre = 1,541838); β = B-b onde: β é a LMA corrigida, B a LMA da amostra e b o LMA padrão em º2θ Ө = é o valor em º2θ da amostra, dividido por 2. Difratometria de raios X (DRX; método do pó) ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

57 Cálculos dos atributos mineralógicos Diâmetro médio do cristal (DMC) Exemplo: Goethita: DMC = (k.λ.57,3)(β.cos(Ө)) k= 0,91 λ= 1,79026 β= 0,60-0,19 = 0,41 Ө = 25/2 = 12,5 cos(Ө) = 0,976 DMC (Ä) = 233 DMC (nm) = 23,3 Difratometria de raios X (DRX; método do pó) ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

58 Cálculos dos atributos mineralógicos Substituição Isomórfica do ferro por alumínio Goethita mol Al% = c onde, c = Hematita mol A% = 3098,8-615,12. ao onde, ao = d110.2 h Difratometria de raios X (DRX; método do pó) ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

59 Cálculos dos atributos mineralógicos Substituição Isomórfica do ferro por alumínio Exemplo: Substituição Isomórfica do ferro por alumínio na goethita: molAl% = c, onde c = 1 (1d d2110)½ d111 = 2,426 d110 = 4,133 c = 2, molAl% = , molAl% = 15, aprox. = 15,98 Difratometria de raios X (DRX; método do pó) ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

60 Cálculos dos atributos mineralógicos Razões Cálculo da razão Gt/(Gt+Hm): Área do pico Gt110 = 0,740 cm2 Área do pico Hm012= 0,417 cm2 Gt/Gt+Hm=(0,740.0,35)/((0,740.0,35)+0,417) Gt/Gt+Hm = 0,38 O valor 0,35 é para considerar a intensidade de 35% da Hm (012) h Difratometria de raios X (DRX; método do pó) ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

61 Cálculos dos atributos mineralógicos Teores de Hematita e Goethita: % Goethita: Fed % = 2,59 [ Gt (Gt+Hm)]. Fed % = %FeGt 0,38.2,59 = 0,9842 %FeGt FeGt%. 1,59 = FeOOH = %Gt 0, ,59 = 1, %Gt % Hematita: FeGt% - Fed % = FeHm% 0,9842-2,59 = 1,6058 1, ,43 = Fe2O3 = 2,296294Hm% h Difratometria de raios X (DRX; método do pó) ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

62 Cálculos dos atributos mineralógicos Área de superfície específica Goethita: ASEGt = (1049/DMC(100)) – 5 DMC(100) = DMC(110).0,42 DMC(110) = 23,26ηm DMC(100) = 9,7692 ηm ASEGt = 102,37 m2g-1 h Difratometria de raios X (DRX; método do pó) ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

63 Cálculos dos atributos mineralógicos Área de superfície específica Hematita: ASEHm = 2.(r +h)103/r.h.d d = 5,26g cm-3 r = DMC(110).0,71/2 DMC(110) = 90,85 ηm r = 32,25175 h = DMC(012).0,59 DMC(012) = 37,01 ηm h = 21,8359 ASEHm = 29,20 m2g-1 h Difratometria de raios X (DRX; método do pó) ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

64 0,00054 Ferrimagnético Paramagnético Diamagnético ÓXIDOS : Identificação e quantificação Propriedades Magnéticas ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

65 ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Propriedades Magnéticas ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

66 ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Espectroscopia de reflectância difusa ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

67 Filtro Cosine receptor Holographic Grating Monochromator Grating Detector wavelength Espectro Amostra Esfera integradora ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS Espectroscopia de reflectância difusa Extraído da apresentação de Vidal Bárron, UCO

68 INTRODUÇÃO ÓXIDOS DE FERRO Estrutura e composição das fases minerais Propriedades físicas, químicas e mineralógicas Ocorrência e formação Identificação e quantificação CONSIDERAÇÕES FINAIS ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

69 CONSIDERAÇÕES FINAIS Fonte: Decifrando a Terra

70 Mineralogia da argila de diferentes solos (óxidos de ferro) b °2θCoα Gt (110) Hm (012) NaCl Hm (110) Gt (111) 45 ArgissoloLatossolos ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS CONSIDERAÇÕES FINAIS

71 ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS CONSIDERAÇÕES FINAIS Arenito Basalto Aren./Basal. Cunha et al. (2005)

72 [Ox. Fe / Al ] Estabilidade do agregado ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS CONSIDERAÇÕES FINAIS

73 ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS CONSIDERAÇÕES FINAIS Camargo et al. (2008a, 2008b)

74 Coeficientes de correlação das emissões de CO 2 com os atributos mineralógicos do solo F04:Emissão de CO 2 no dia 4 de maio de F28:Emissão de CO 2 no dia 28 de abril de ** p<0,05; * p<0,10. ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS CONSIDERAÇÕES FINAIS

75 SIQUEIRA, D.S; MARQUES, JR. J.; MATIAS, S.S.R.; BARRÓN, V.; TORRENT, J.; BAFFA, O.; OLIVEIRA, L.C. Correlation of properties of Brazilian Haplustalfs with magnetic susceptibility measurements. Soil Use and Management, 2010, v. 26, p ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS CONSIDERAÇÕES FINAIS

76 Literatura consultada

77 *texto com hiperlink, clique sobre o nome para acessar

78 Créditos Coordenador: Prof. Dr. José Marques Júnior Coordenador: Prof. Dr. José Marques Júnior Diagramação: Diego Silva Siqueira Diagramação: Diego Silva Siqueira Apoio: Equipe CSME Apoio: Equipe CSME *texto com hiperlink, clique sobre o nome para acessar

79 OBRIGADO!


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