Adsorção individual, competitiva e estudos cinéticos e termodinâmicos de cobre, chumbo e níquel em solos de uma topossequência do Cerrado

Abstract

A biodisponibilidade e transporte de metais potencialmente tóxicos para outros compartimentos depende, essencialmente, de suas especiação e capacidade em interagir com diferentes componentes. Em solos, um dos fenômenos mais importantes que governa o destino ambiental desses metais é a adsorção. Esse trabalho buscou investigar o comportamento de cobre, chumbo e níquel em solos de uma topossequência do Distrito Federal por meio de múltiplas abordagens envolvendo processos de adsorção. Foram construídas isotermas de adsorção, as quais foram ajustadas às equações não-lineares dos modelos de Langmuir, Freundlich, Temkin e Dubin-Radushkevich para sistemas individuais, e de Sheindorf-Rebuhn-Sheintuch para sistemas competitivos. Em sistemas individuais, os resultados foram melhor descritos pelo modelo de Freundlich (r2>0,98) para o Cu e Pb e pelo modelo de Langmuir para o Ni (r2 > 0,98). A capacidade adsortiva dos solos dada pela constante de Freundlich (𝐾𝐹) variou de 0,13 a 0,68 mg g-1 para o Cu, de 0,83 a 2,4 mg g-1 para o Pb e de 0,037 a 0,077 mg g-1 para o Ni. Entre os solos, a capacidade em adsorver os metais seguiu a ordem Organossolo (OXs) > Gleissolo (GXbd) > Latossolo vermelho 2 (LVw2) > Latossolo vermelho 1 (LVw1) para o Cu e Pb e a ordem OXs > GXbd > LVw1 > LVw2 no caso do Ni, mostrando que os solos menos intemperizados apresentaram maior quantidade de sítios de adsorção. A capacidade máxima de adsorção, 𝑞𝑚, estimada pelo modelo de Langmuir variou entre 2,4 e 4,3 mg g-1 para o Cu, 8,5 e 16 mg g-1 para o Pb e 0,84 e 0,86 mg g-1 para o Ni. Enquanto a capacidade máxima de adsorção foi sempre superior para o Pb seguida do Cu, os parâmetros relativos a energia das ligações, 𝐾𝐿 e 𝐸, seguiram a ordem crescente Ni < Pb < Cu. O coeficiente de correlação linear de Pearson (r) mostrou que a adsorção de Cu e Pb foi controlada pelos teores de matéria orgânica e argilominerais 2:1, enquanto que a adsorção de Ni foi governada pela matéria orgânica. Os dados da cinética de adsorção foram ajustados ao modelo de pseudo-segunda ordem, sugerindo a quimissorção como etapa limitante da velocidade das reações. Os dados obtidos em diferentes temperaturas revelaram que o fenômeno de adsorção de Cu, Pb e Ni nos solos da topossequência estudada é endotérmico (Δ𝐻° > 0), espontâneo (Δ𝐺° < 0) e ocorre com o aumento na entropia do sistema (Δ𝑆° > 0) devido a dessolvatação. Em sistemas competitivos, foi observado que Ni foi o metal que menos afetou a adsorção tanto de Pb quanto de Cu. Por outro lado, constatou-se uma maior inibição da adsorção do Ni, quando comparado aos demais metais. Os valores de 𝐾𝐹 mostraram uma redução comparado aos seus valores em sistemas individuais refletindo uma maior disponibilidade dos metais para absorção pelas plantas. A maior porcentagem de redução para adsorção de Pb em sistemas contendo Cu como metal competitivo em relação a adsorção de Cu em sistemas contendo Pb, foi atribuída ao caráter mais macio do Pb e a maior eletronegatividade do Cu. Embora o Pb tenha apresentado maior capacidade adsortiva, a energia de ligação menor possibilita sua troca pelo Cu, em situação de competição. Como os solos investigados apresentam baixos níveis de micronutrientes disponíveis, os resultados evidenciaram maior probabilidade de contaminação ambiental para os Latossolos, durante práticas de fertilização, uma vez que para todos metais, LVw1 e LVw2 exibiram interações solo-metal mais fracas.