Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Química del Suelo


La química del suelo es una parte importante de la química ambiental que se enfoca en la composición química, las reacciones y los procesos que ocurren dentro del suelo. Entender la química del suelo es esencial por diversas razones, como la agricultura, la gestión ambiental, el control de la contaminación y la recuperación de tierras. Este documento proporcionará una discusión integral de la química del suelo en términos simples, ayudando a explicar los diversos principios químicos, mecanismos y elementos involucrados en este campo vasto y complejo.

Introducción a la química del suelo

El suelo es un recurso natural compuesto por minerales, materia orgánica, agua y aire. Sirve como medio para el crecimiento de las plantas, como hábitat para los organismos y como filtro para los contaminantes. La química del suelo involucra el estudio de los materiales que componen el suelo, sus propiedades químicas y sus interacciones entre sí y con el entorno.

Componentes del suelo

El suelo se puede dividir en cuatro componentes principales:

  • Minerales: Son pequeños pedazos de rocas y minerales. Su tamaño y tipo afectan significativamente la textura y fertilidad del suelo.
  • Materia orgánica: Las plantas y animales muertos y descompuestos constituyen este componente, que es importante para mantener la fertilidad del suelo.
  • Agua: Forma la solución del suelo, que contiene nutrientes disueltos que son absorbidos por las plantas.
  • Aire: El aire del suelo llena los espacios entre las partículas del suelo y proporciona oxígeno a las raíces y organismos del suelo.

Formación del suelo

La formación del suelo es un proceso que está influenciado por varios factores, conocidos como CLORPT por sus siglas en inglés:

  • Clima: La temperatura y la lluvia afectan cómo se acumula o descompone la materia orgánica.
  • Organismos: Las plantas y los animales contribuyen al desarrollo del suelo mediante la descomposición y adición de materia orgánica.
  • Relieve: El terreno afecta los procesos de erosión y deposición.
  • Material parental: La roca o sedimento del cual se forma un suelo afecta su contenido mineral.
  • Tiempo: Puede tomar miles de años para que ocurran cambios significativos en la formación del suelo.

Procesos químicos en el suelo

Muchos cambios químicos y procesos tienen lugar en el suelo. Estos afectan la disponibilidad de nutrientes para las plantas y también controlan el comportamiento de los contaminantes.

pH del suelo

El pH del suelo mide cuán ácido o alcalino es el suelo. Esto afecta la disponibilidad de nutrientes y los tipos de organismos que viven en el suelo. La escala de pH va de 0 (muy ácido) a 14 (muy alcalino), siendo 7 el neutro.

pH = -log[H⁺]

La mayoría de las plantas prefieren un rango de pH entre 6 y 7.5. Sin embargo, algunas plantas tienen necesidades específicas de pH. Por ejemplo, los arándanos prosperan en suelos ácidos con un pH de 4.5 a 5.5.

Intercambio de iones

Los iones son partículas cargadas que las plantas absorben del suelo. Los iones con carga positiva se llaman cationes (ej., Ca 2+, Mg 2+, K +), y los iones con carga negativa se llaman aniones (ej., NO 3 -, PO 4 3-). Las partículas de suelo tienen cargas que pueden atraer estos iones. Los cationes a menudo se colocan en la superficie de las partículas del suelo a través de un proceso llamado intercambio de cationes.

Ejemplo de ecuación de intercambio de iones

Considerar el intercambio de iones de sodio (Na +) y calcio (Ca 2+) en el suelo:

Ca 2+ (suelo) + 2Na + (solución) ↔ 2Na + (suelo) + Ca 2+ (solución)

Reacciones redox

Las reacciones redox, también llamadas reacciones de reducción-oxidación, involucran la transferencia de electrones entre sustancias. Estas reacciones son importantes para la transformación de nutrientes y contaminantes en el suelo. Por ejemplo, el hierro puede existir como Fe 2+ (la forma reducida) o Fe 3+ (la forma oxidada).

Ejemplo de reacción redox

Fe 2+ → Fe 3+ + e - (oxidación)

Estas reacciones pueden afectar las propiedades del suelo, como el color, e influir en la disponibilidad de nutrientes. En suelos anegados, la materia orgánica puede ser un importante donante de electrones en estas reacciones.

Nutrientes del suelo y fertilidad

La fertilidad del suelo es su capacidad para proporcionar nutrientes esenciales a las plantas. Hay 17 nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas, que se dividen en macronutrientes y micronutrientes.

Macronutrientes

Los macronutrientes son necesarios en mayores cantidades para:

  • Nitrógeno (N): Importante para el crecimiento de las plantas y la formación de clorofila.
  • Fósforo (P): Importante para la transferencia de energía y material genético.
  • Potasio (K): Ayuda en la regulación del agua y la activación de enzimas.
  • Calcio (Ca), Magnesio (Mg), Azufre (S): Estos también son macronutrientes, pero se requieren en cantidades menores que N, P y K.

Micronutrientes

Los micronutrientes son necesarios en cantidades menores pero aún son importantes:

  • Hierro (Fe), manganeso (Mn), zinc (Zn), cobre (Cu), boro (B), molibdeno (Mo), cloro (Cl), níquel (Ni): Cada uno de estos elementos desempeña un papel específico en la salud de las plantas, a menudo como componente de enzimas o en la fotosíntesis.

Ciclo de nutrientes

El ciclo de nutrientes se refiere al movimiento y transformación de nutrientes dentro del continuo suelo-planta-atmósfera.

Ejemplo del ciclo del nitrógeno

N 2 atmosférico → amoníaco (NH 3) → nitrito (NO 2 -) → nitrato (NO 3 -)

Las plantas absorben nutrientes principalmente como nitrato y amonio. Las bacterias juegan un papel importante en las transformaciones del nitrógeno, como la nitrificación y desnitrificación, afectando cómo las plantas acceden a los nutrientes.

Contaminación del suelo y remediación

El suelo puede contaminarse debido a diversas actividades humanas, como operaciones industriales, eliminación inadecuada de desechos y uso excesivo de productos químicos agrícolas.

Contaminantes comunes

  • Metales pesados: El plomo (Pb), cadmio (Cd), mercurio (Hg) pueden acumularse a niveles tóxicos.
  • Contaminantes orgánicos: como pesticidas e hidrocarburos derivados de combustibles fósiles.
  • Contaminación por nutrientes: El exceso de nitrógeno o fósforo de fertilizantes causa eutrofización.

Técnicas de tratamiento

La remediación implica la eliminación de contaminantes o la reducción de sus efectos:

  • Fitorremediación: Uso de plantas para absorber y acumular contaminantes.
  • Biorremediación: Uso de microorganismos para descomponer o transformar contaminantes.
  • Tratamiento químico: La adición de sustancias químicas para convertir contaminantes en formas menos dañinas.
  • Tratamiento físico: Métodos como el lavado del suelo y la excavación.

El papel del suelo en el ciclo del carbono

Los suelos desempeñan un papel clave en el ciclo global del carbono al almacenar carbono como materia orgánica. Los suelos pueden actuar como fuente y sumidero de dióxido de carbono (CO 2), dependiendo del balance de entradas y salidas de carbono.

Secuestro de carbono

El secuestro de carbono implica capturar y almacenar CO 2 atmosférico en la materia orgánica del suelo. Las prácticas como el cultivo de cobertura, la agricultura sin labranza y la forestación pueden mejorar el almacenamiento de carbono en el suelo.

Putrefacción

La descomposición de la materia orgánica por microorganismos del suelo devuelve CO 2 a la atmósfera, equilibrando el ciclo del carbono. La tasa de descomposición está afectada por la temperatura del suelo, la humedad y los niveles de oxígeno.

Conclusión

La química del suelo es un campo de estudio esencial en la ciencia ambiental. Entender las propiedades químicas, los procesos y las interacciones en el suelo nos ayuda a gestionar efectivamente la tierra, aumentar la productividad agrícola, remediar sitios contaminados y abordar cambios ambientales como el calentamiento climático. Al comprender estos conceptos, estamos mejor equipados para usar y proteger este importante recurso natural.


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