ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS

ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS
Jaboticabal - SP

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

INTRODUÇÃO Termos indexado no Web of Science Iron oxides: Junho / 200912.217 Iron oxides: Outubro / 201145.611 Gibbsite: Junho / 20091.651 Gibbsite: Outubro/20112.037

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

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

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

Fase sólida Fase gasosa Lençol freático Microrganismos Plantas
RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO INTRODUÇÃO Processos de transferência de elementos químicos entre as fases do solo Fase líquida “Solução do solo” Fase sólida Troca iônica Dessorção Dissolução Mineralização Adsorção Precipitação volatilização difusão Fase gasosa Lençol freático Microrganismos Plantas

RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO
INTRODUÇÃO Caulinita Mica Ácido fúlvico 1900 x 17600 x Grão de areia 190 x Esmectita 23000 x Óxidos de Fe 7500 x

RELAÇÃO DA MINERALOGIA DA FRAÇÃO
ARGILA COM ATRIBUTOS DO SOLO INTRODUÇÃO

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

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

Fonte de ferro (minerais 1rios)
ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS ÓXIDOS DE FERRO: Ocorrência e formação Olivina Fonte de ferro (minerais 1rios) Fe(H2O)63+ H2O Dissociação Desprotonação pH Fe(OH)x3-x Intemperismo Sais de ferro pH Cristalizaçào Ferrihidrita Fe5HO8•4H2O Polimerização Fe(OH)y2-y Goethita α-FeOOH Hidrólise Oxidação Desidratação Magnetita Fe3O4 Redução Desidratação Reoordenamento Hematita α –Fe2O3 Oxidação continua Maghemita γ-Fe2O3

Teor médio de Fe de alguns minerais primários encontrados nas rochas da crosta terrestre

Fonte de ferro (minerais 1rios)
ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS ÓXIDOS DE FERRO: Ocorrência e formação Olivina Fonte de ferro (minerais 1rios) H2O+O2 pH>2 Oxidação Fe3+ Intemperismo Fe2+ pH Hidrólise Goethita Ferrihidrita Hidratação Desidratação Goethita Hematita

INTRODUÇÃO

ÓXIDOS DE FERRO: Estrutura e composição

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

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

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: 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: Estrutura e composição Hematita Goethita Magnetita “Mais...” “Mais...” Hematita Goethita Magnetita Lepidocricita Ferrihidrita Maghemita

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: Estrutura e composição Ferrihidrita (elipse); Goethita (hexágono)

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

INTRODUÇÃO CO2 Cor Disponibilidade de nutrientes Infiltração de Água no solo Estabilidade do agregado Resistência a penetração Volume de poros Densidade

ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades

ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Cor Sistema Munsell

ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades 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

MATERIAIS DE ORIGEM E COR DO SOLO
ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades 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

ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Solubilidade “ A solubilidade dos óxidos de Fe decresce de 1.000 vezes a cada aumento de uma unidade de pH “ Ordem decrescente de solubilidade: schwertmannita > lepidocrocita = akaganéita > ferrihidrita > maghemita > hematita > goethita

Fe2+ Fe3+ ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS
ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Grupos Funcionais Superficiais : substituição isomórfica Fe2+ Fe3+

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

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: Propriedades Sorção de Íons

Área de 1 campo de futebol
ÓXIDOS DE FERRO: INDICADORES AMBIENTAIS ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Área Superficial Específica Média 64 156 50 200 150 67 96 104 44 227 123 81 61 164 48 208 53 189 Quantidade em gramas correspondente a uma área de 1 ha Área de 1 campo de futebol ~1 ha ( m2)

ÓXIDOS DE FERRO: Propriedades Propriedades Magnéticas

ÓXIDOS DE FERRO: Ocorrência e formação

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: Identificação e quantificação Métodos Químicos

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

ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Difratometria de raios X (DRX; método do pó) a °2θCoα 25 30 35 40 45 Hm (012) Gt (110) NaCl (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 “d”é encontrado por meio da medida do reflexo em º2θ

ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Difratometria de raios X (DRX; método do pó) a °2θCoα 25 30 35 40 45 Hm (012) Gt (110) NaCl (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

ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Difratometria de raios X (DRX; método do pó) 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.

ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Difratometria de raios X (DRX; método do pó) 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

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

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

ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Difratometria de raios X (DRX; método do pó) 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

ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Difratometria de raios X (DRX; método do pó) 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

ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Difratometria de raios X (DRX; método do pó) 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

ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Difratometria de raios X (DRX; método do pó) 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

ÓXIDOS : Identificação e quantificação Propriedades Magnéticas 0,00054 Ferrimagnético Paramagnético Diamagnético

ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Propriedades Magnéticas

ÓXIDOS DE FERRO: Identificação e quantificação Espectroscopia de reflectância difusa

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

CONSIDERAÇÕES FINAIS Fonte: Decifrando a Terra

CONSIDERAÇÕES FINAIS Mineralogia da argila de diferentes solos (óxidos de ferro) Argissolo Latossolos b °2θCoα 25 30 35 40 Gt (110) Hm (012) NaCl (111) 45

CONSIDERAÇÕES FINAIS Arenito Aren./Basal. Basalto Cunha et al. (2005)

CONSIDERAÇÕES FINAIS ↑ [Ox. Fe / Al ]  ↑ Estabilidade do agregado

CONSIDERAÇÕES FINAIS Camargo et al. (2008a, 2008b)

CONSIDERAÇÕES FINAIS Coeficientes de correlação das emissões de CO2 com os atributos mineralógicos do solo F04:Emissão de CO2 no dia 4 de maio de 1999. F28:Emissão de CO2 no dia 28 de abril de 1999. ** p<0,05; * p<0,10.

CONSIDERAÇÕES FINAIS 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

Literatura consultada

TCCs, Dissertações e Teses
Literatura consultada TCCs, Dissertações e Teses Artigos científicos *texto com hiperlink, clique sobre o nome para acessar

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

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