CAP. 2. ORIGEN Y FUENTE DE LAS SALES SOLUBLES PRESENTES EN

AGUAS Y SUELOS

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CONTENIDO2.1. Concepto general de sal. 2.2. Concepto de las "sales" presentes en los suelos y aguas. 2.3. Tipos de sales.

2.3.1. Tipos de sales basándose en su origen.2.3.2. Tipo de sales en base a su reacción ó potencial hidrógeno pH.

2.4. Fuente de las “sales” existentes en los suelos y aguas. 2.5. Procesos de intemperismo que propician la liberación de las sales de los minerales.

2.5.1. Procesos de intemperismo químico. 2.5.2. Procesos de intemperismo físico. 2.5.3. Procesos bioquímicos y biofísicos.

2.6. Principales elementos que constituyen la corteza terrestre. 2.7. Categoría de los elementos en base a su grado de liberación de los minerales. 2.8. Mecanismos de transporte de las sales que originan su presencia en los suelos y aguas.

2.8.1. Tipo de materiales con los que el agua está en contacto. 2.8.2 Tiempo de contacto del agua con los minerales. 2.8.3. El clima.

2.9. Principales iones que existen en los suelos y aguas.

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Con la finalidad de precisar algunos aspectos relacionados con la problemática de salinidad de los suelos agrícolas bajo riego, en esta Unidad se tratarán los conceptos más importantes relacionados con el tema de las sales, así como de su procedencia.

2.1. CONCEPTO GENERAL DE SAL. Desde el punto de vista de química inorgánica, el término de "sal" se refiere al compuesto ó producto que resulta de la reacción entre un ácido y una base, durante la cual se reemplaza total o parcialmente el o los hidrógenos presentes en el ácido, por un elemento no-metal de la base.

Se caracterizan por estar formadas por la unión de un catión con un anión ya sea simple ó compuesto, a través de un enlace iónico ó electrovalente.

En la mayoría de las sales, el anión es un elemento no-metal que puede estar acompañado de oxígeno, de hidrógeno ó de ambos, y el catión es un elemento metal.

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Estos conceptos químicos se detallan a continuación:

a) Ácido . Es un compuesto o sustancia química que exhibe una tendencia a liberar un protón y que al disolverse en agua, origina iónes de hidrógeno o H3O; hay dos tipos de ácidos, los fuertes que se caracterizan porque reaccionan totalmente con el agua, y los débiles que solo lo hacen parcialmente.

b) Base . Es un compuesto o sustancia química que tiende a aceptar un protón y que libera hidroxilos (OH-) en soluciones acuosas o al disociarse.

c) Catión . Ion cargado positivamente que en la electrólisis son atraídos por el electrodo negativo ó cátodo, y generalmente son elementos metales.

d) Anión . Ion cargado negativamente que en la electrólisis son atraídos por el electrodo positivo o cátodo y generalmente son elementos no metales.

e) Elemento metal . Son elementos que generalmente manifiestan carácter electropositivo, que son sólidos de forma laminar, tienen alta densidad, maleables y dúctiles, lustrosos, buenos conductores de la electricidad y del calor, tienen punto de

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fusión elevado, y no se combinan fácilmente unos con otros pero sí con los elementos no metales; con el oxígeno tienden a formar óxidos que al reaccionar con el agua forman bases.

f) Elemento no-metal . Son elementos que generalmente manifiestan carácter electronegativo con tendencia a formar compuestos covalentes, que pueden ser sólidos o gaseosos, y tienen las siguientes características: son frágiles en estado sólido, malos conductores de la electricidad y del calor, se combinan fácilmente unos con otros y con los elementos no metales; con el oxígeno forman anhidros que al reaccionar con el agua forman ácidos.

La composición de las diferentes sales depende del tipo de ácido y base que la forman y de donde se originan, por lo que sus propiedades difieren enormemente dependiendo de lo anterior. Algunas sales tienen un sabor ácido mientras que otras tienen un sabor amargo o justamente salado, la mayoría de las sales se disuelven fácilmente en agua, otras solo son ligeramente solubles, otras son insolubles, etc.

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2.2. Concepto de las "sales" presentes en los suelos y aguas. En la realidad, el uso del término “sal” cuando se aplica para las que existen en los suelos agrícolas y en las aguas de riego, no corresponde a la definición química mencionada en el punto anterior, ya que dicho concepto se refiere a compuestos que están en forma precipitada de cristales o no disociada.

Es decir, en las aguas y suelos dichas “sales” ciertamente dejaron de serlo, debido a que éstas ya no son un compuesto y se encuentran en solución en forma disociada, solubilizada o disuelta. Por lo tanto, son sus componentes los que están presentes en forma individual en el agua de riego o en la solución del suelo, como iones solubles ya sean aniones cuando son de carga negativa o cationes cuando son de carga positiva.

Estos iones solubles llegaron al agua de riego como producto de la solubilización de los componentes de las rocas y minerales que forman la corteza terrestre, como parte del ciclo hidrológico y de los procesos naturales del intemperismo ó descomposición que se explican más adelante.

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Así mismo para que dichos iones en solución se precipiten en forma de sal, deben alcanzar muy altas concentraciones, lo que comúnmente ocurre en algunas aguas con muy altos contenidos de “sales”, como las marismas en las costas, en cuencas ceerradas como el ex-lago de Texcoco, en mares cerrados como el Muerto, el Rojo, etc., o en suelos extremadamente afectados por sales.

Así, a las “sales” presentes en los suelos y aguas se les denomina comúnmente sales solubles y en la ciencia estricta del suelo, son aquellos químicos inorgánicos más solubles que el yeso (CaSO4.2H2O), el cual tiene una solubilidad de 0.241 gramos por 100 mililitros de agua a 0 °C. 1

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2.3. TIPOS DE SALES

2.3.1. EN BASE A SU ORIGEN 2.3.2. EN BASE A SU p H

2.3.1. TIPOS DE SALES EN BASE A SU ORIGEN :

a) Sales binarias . Son sales que provienen de los hidrácidos y están formadas por un metal y un no-metal. El nombre se le asigna cambiando la terminación hídrico del ácido del no metal a uru siguiéndole el nombre del metal correspondiente. Ejemplo: cloruro de sodio que proviene del ácido clorhídrico.

b) Oxisales . Son sales que se derivan de los oxiácidos, y están formados por un metal unido a un radical negativo que contiene oxígeno. Su nombre se establece cambiando la terminación oso ó ico de los ácidos, a ito ó ato respectivamente en las sales, siguiéndole el nombre del metal correspondiente. Ejemplo: bisulfito de potasio que

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proviene del ácido sulfuroso, sulfato de sodio que proviene del ácido sulfúrico, etc.

2.3.2. TIPO DE SALES EN BASE A SU REACCIÓN Ó p H.

a)Sales ácidas . Son sales que cuando están en solución presentan valores de pH menores a 7. Ejemplos: bisulfato de calcio.

b) Sales básicas . Son aquellas que cuando están en solución presentan valores de pH mayores a 7. Ejemplo: carbonato de sodio.

c) Sales neutras. Son aquellas que cuando están en solución, su pH es de 7. Ejemplo: cloruro de sodio.

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2.4. Fuente de las “sales” existentes en los suelos y aguas. Los cationes y aniones o "sales" solubilizadas existentes en las aguas y suelos, provienen de la descomposición de las rocas y minerales que se encuentran expuestos y que constituyen la corteza terrestre, las cuales son liberadas de los minerales como consecuencia de los procesos químicos, físicos y bióticos de intemperismo o meteorización de ellos propiciado por los agentes naturales clima, agua, etc., especialmente por el proceso químico de solubilización.

Sin embargo, es importante aclarar que no todos los iones ó elementos que forman parte de dichos minerales están presentes en los suelos y aguas, ya que solamente predominan aquellos que cumplen simultáneamente con dos principales condiciones, que se encuentren con cierta abundancia en las rocas y minerales y que tengan cierta facilidad para liberarse de dichos minerales por efecto del intemperismo, como por ejemplo el cloruro de sodio. 2.5. Procesos de intemperismo que propician la liberación de las sales de los minerales. Estos procesos se originan principalmente por la incidencia de los factores meteorológicos, químicos, físicos, así como los procesos bioquímicos naturales. El

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agua por sus extraordinarias y especiales propiedades químicas y físicas, es el factor o agente que más participa en los procesos de intemperismo a través del ciclo hidrológico.

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Procesos naturales de intemperismo o meteorización.

2.5.1. Procesos de intemperismo químico. Consisten en los cambios químicos que se producen en la composición original de las rocas y minerales, dando como resultado nuevos materiales compuestos, generalmente más sencillos y más fáciles de descomponer. Estos procesos son solución, solubilización o disolución, oxidación, hidrólisis, hidratación, deshidratación, carbonatación y reducción, los cuáles se describen a continuación:

a. Solución o disolución. La alta constante dieléctrica que presenta el agua en forma líquida originada por sus enlaces de hidrógeno, propicia que casi todos los compuestos químicos sean solubles en agua y puedan ser disueltos parcial o totalmente por ella, es decir, que al estar en contacto con el agua se descompongan en aniones o cationes quedando estos en solución. Por lo tanto, este proceso es el más importante y el que más participa tanto en los problemas de ensalitramiento de las aguas y suelos, como en los métodos de combate de los mismos.

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El grado de solubilidad depende del tipo de elemento y la composición química del compuesto, considerando que en general los cloruros y nitratos son los más solubles, después los sulfatos junto a los bicarbonatos, siendo los menos solubles los carbonatos. Los iones más rápidamente solubles son los metales alcalinos como sodio y potasio y los alcalinotérreos como calcio y magnesio (Cuadro No. 1).

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Cuadro No. 1. Solubilidad de algunas sales en agua a 20º C

TipoSolubilidad

(gr/litro)MgSO4.7H2O 710

K2CO3 526NaNO3 467CaCl2 300MgCl2 410NaCl 360KCl 340

MgSO4 252Ca(HCO3)2 262

KHCO3 252Na2SO4.7H2O 195

Na2CO3 179Na2SO4 161KNO3 150K2SO4 100

NaHCO3 87CaSO4.2H2O 2.4

MgCO3 0.1CaCO3 0.01

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OTROS PROCESOS DE INTEMPERISMO QUÍMICO: OXIDACIÓN, HIDRÓLISIS, HIDRATACIÓN O DESHIDRATACIÓN, CARBONATACIÓN Y REDUCCIÓN

PROCESOS DE INTEMPERISMO FÍSICO: EL CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO, HUMEDECIMIENTO Y SECADO, CONGELAMIENTO DEL AGUA, LA LLUVIA Y LA EROSIÓN HÍDRICA, LA ACCIÓN DE LOS GLACIARES, LA EROSIÓN EÓLICA, LA ACCIÓN DE LAS OLAS Y FACTORES GEOLÓGICOS.

PROCESOS BIOQUÍMICOS Y BIOFÍSICOS.

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2.6. PRINCIPALES ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN LA CORTEZA TERRESTRE.

En la corteza terrestre existen alrededor de 2,000 minerales que al combinarse forman las rocas; los minerales que predominan son pocos y estos a su vez están constituidos por aproximadamente 80 elementos. De ellos, los principales constituyentes de la corteza terrestre son:

ELEMENTO % OXIDO %Oxígeno 46.50 SiO3 59.07Sílice 27.60 Al2O3 15.07Aluminio 8.10 Fe2O3 3.10Fierro 5.10 FeO 3.71Calcio 3.60 CaO 5.10Magnesio 2.10 MgO 3.45Sodio 2.80 Na2O 3.71Potasio 2.60 K2O 3.11Titanio 0.60 TiO2 1.03Fósforo 0.12 P2O5 0.30Manganeso 0.09 MnO 0.11Azufre 0.06 S2O 1.30Cloro 0.05Carbono 0.04

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2.7. CATEGORÍA DE LOS ELEMENTOS EN BASE A SU GRADO DE LIBERACIÓN DE LOS MINERALES (CLASIFICACIÓN DE

KOVDA) Muy altamente lavables: Cl, Br, I, S, C, B. Altamente lavables: Na, K, Ca, Mg, Cu, Co, Zn. Lavables: Si, P, Mn. Ligeramente lavables: Fe, Al, Si. Virtualmente no lavables: Si (del cuarzo).

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2.8. MECANISMOS DE TRANSPORTE DE LAS SALES QUE ORIGINAN SU PRESEN CIA EN LOS SUELOS Y AGUAS :

2.8.1. TIPO DE MATERIALES CON LOS QUE EL AGUA ESTA EN CONTACTO.

2.8.2. TIEMPO DE CONTACTO DEL AGUA CON LOS MINERALES:

- DISTANCIA DE RECORRIDO DEL AGUA.

- VELOCIDAD DEL AGUA.

2.8.3. EL CLIMA.

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2.9. PRINCIPALES IONES QUE EXISTEN EN LOS SUELOS Y AGUAS

CATIONES: SODIO, CALCIO, MAGNESIO, Y EL POTASIO

ANIONES: EL CLORURO Y LE SIGUEN EN ORDEN DE IMPORTANCIA LOS SULFATOS, CARBONATOS, BICARBONATOS Y NITRATOS.

ASÍ, LAS PRINCIPALES SALES QUE SE PUEDEN FORMAR O PRECIPITAR EN LOS SUELOS DE LAS ZONAS ÁRIDAS SON: NaCl, Na2SO4, MgCl2, CaSO4, Na2CO3, NaHCO3, CaCO3, MgCO3,

CaCl2, etc.

LAS SALES QUE PREDOMINAN SON LAS BINARIAS Y OXISALES DEL TIPO BÁSICO Y NEUTRO. ESTO OCASIONA QUE LA MAYOR PARTE DE LAS AGUAS Y SUELOS TENGAN VALORES DE PH MAYORES A 7. NO SE DEBE OLVIDAR QUE LA MINERALOGÍA DE LAS SALES PRESENTA UNA GRAN COMPLEJIDAD Y VARIABILIDAD ESPACIO-TEMPORAL, EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA Y LA HUMEDAD DEL MEDIO EN QUE CRISTALICEN.

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El cloruro sódico es la “sal” más frecuente en suelos salinos. Las eflorescencias que se forman en la superficie de estos suelos durante la estación seca tienen un gusto salado. La eliminación de esta “sal” requiere el lavado en condiciones de buen drenaje. La presencia de NaCI afecta la solubilidad de otras “sales” que por efecto de ión común disminuye al aumentar la concentración de NaCI.

El cloruro magnésico es menos frecuente y su acumulación se produce en suelos con una salinidad extremadamente alta. Es una “sal” altamente tóxica, muy perjudicial para las plantas. Se puede formar si el suelo recibe aguas ricas en iones Cl- y Na+, que se intercambian con el Mg2+ del complejo de intercambio.

La presencia de cloruro magnésico da lugar a que la superficie del suelo se mantenga húmeda mucho tiempo después de una lluvia. Ello se debe a que esta “sal” es muy higroscópica y puede absorber agua del aire cuando la atmósfera no está totalmente seca, por ejemplo por la mañana. Las eflorescencias tienen un gusto amargo debido al magnesio.

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La mejora de los suelos con cloruro magnésico es difícil ya que por el efecto de dilución de valencia, el Mg2+ tenderá a ocupar sedes de intercambio desplazando los iones monovalentes durante el lavado.

El cloruro cálcico es una “sal” muy poco frecuente en los suelos, principalmente por la mayor estabilidad de otras sales a las que puede dar lugar: CaCI2 + Na2SO4 + 2H20 2NaCI + CaSO4 . 2H2O

CaCI2 + Na2CO3 2NaCl + CaCO3

El yeso y el carbonato cálcico precipitan y el cloruro sódico formado puede perderse por lavado, con lo que la reacción progresa hacia la derecha. La formación de CaCl2 se debe a una reacción análoga a la del cloruro magnésico:

2NaCl + CaX CaCI2 + Na2X21

La presencia de esta “sal” es ocasional.

El cloruro potásico es una “sal” de propiedades análogas a las del cloruro sódico. Es muy poco frecuente en los suelos salinos debido a que el K+ puede formar complejos de esfera interna en la superficie de algunas arcillas, donde queda retenido. El potasio es un macronutriente por lo que además queda inmovilizado en la biomasa. Se han descrito salinizaciones por cloruro potásico en invernaderos en los que se había practicado un abonado excesivo. Como abono resulta tóxico para algunos cultivos sensibles al ión Cl-.

b) Sulfatos La significación de los distintos sulfatos en el comportamiento de las plantas varía considerablemente según el catión.

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El sulfato sódico es un componente frecuente en los suelos salinos. Las eflorescencias tienen un sabor a jabón y salado.

Su solubilidad se ve muy influenciada por la temperatura. A bajas temperaturas se disuelve lentamente, a razón de unos 50 gl-' a 0°C.

De acuerdo con el comportamiento del Na2SO4 durante el período cálido esta “sal” será transportada a la parte superior del suelo, al igual que otras sales, pudiendo dar lugar a eflorescencias blancas en superficie. Durante la estación húmeda, que en clima mediterráneo coincide en parte con el de bajas temperaturas, las restantes sales serán lavadas, lo que da lugar a una acumulación relativa de sulfato sódico en la parte superior de la zona de enraizamiento.

El sulfato magnésico es un constituyente frecuente, muy soluble, altamente tóxico. Su lavado resulta dificultoso.

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El sulfato potásico no es responsable de salinizaciones en condiciones naturales, limitándose a crear problemas allí donde se realice un mal uso de los abonos, generalmente en invernaderos. En orden de toxicidad decreciente el sulfato potásico es el menos tóxico: K2SO4, Na2SO4 Y MgSO4.

c) Carbonato y bicarbonato sódico La presencia de carbonato y bicarbonato sódico indica unas condiciones fisico-químicas especiales, ligadas a procesos de alcalinización del suelo (ESP > 15 %). Los suelos con Na2CO3 y NaHCO3 tienen pH superiores a 9, pudiendo llegar a 12. Esta fuerte alcalinidad crea un medio inadecuado para el crecimiento de la mayoría de plantas.

Los efectos desfavorables del Na2C03 se dejan sentir a partir de concentraciones del orden de 0.05 a 0.1 % de esta “sal”. El bicarbonato sódico da lugar a unas condiciones menos alcalinas y por consiguiente menos tóxicas.

d) Boratos El boro es un micronutriente cuyo intervalo de concentraciones entre los límites de carencia y de toxicidad es

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muy reducido. Las deficiencias limitan los rendimientos y la calidad de las cosechas, pero su exceso crea igualmente problemas graves.

Las carencias en boro se presentan en suelos con régimen de humedad percolante, de pH ácidos, mientras que las toxicidades van asociadas a suelos de climas semiáridos y áridos.

En relación con el agua de riego, puede haber riesgo de toxicidad por boro en aquellos casos en que las concentraciones de boro en el agua sean superiores a 0.3 mg de boro por litro. Cuando esto suceda habrá que tomar en consideración la tolerancia de la planta a regar.

En el agua del suelo el boro se presenta en forma de ácido bórico (H3BO3), que es la forma en que se acepta es absorbido por las plantas. La adsorción del boro depende fuertemente del pH del suelo. Aumenta con él para ser máximo en un intervalo de valores de 8.5 a 9.0.

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La adsorción del boro en el suelo hace que la concentración en la zona radicular no varíe de forma estrictamente proporcional a como lo hace el agua de riego durante el crecimiento de la planta.

Por el mismo motivo, la eliminación de un exceso de boro por lavado puede resultar difícil, y exigir más agua que si no existiesen estas interacciones. Los procesos de intercambio-adsorción y los de disolución-precipitación controlan, por consiguiente el comportamiento delo boro.

Se ha descubierto, por otro lado, un antagonismo entre el calcio y el boro, por lo que en suelos calizos será menor la toxicidad para un mismo contenido de boro. Esto puede interpretarse por el hecho que el metaborato, inicialmente sódico, reacciona con el calcio del agua del suelo para dar metaborato cálcico, cuya solubilidad es considerablemente menor. Este proceso puede ser provocado aportando yeso y, de este modo, disminuir la toxicidad del boro.

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e) Nitratos. Los nitratos NaNO3 son raros en los suelos salinos. Se han citado en desiertos muy áridos de Chile, Perú, India. etc. y son sales muy solubles y muy tóxicas. 2

Por tanto serán los carbonatos los primeros en precipitar, seguidos del sulfato cálcico y no serán considerados dentro del concepto de sales solubles, concepto que se refiere a sales muy solubles, concretamente empiezan a partir del carbonato sódico.

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De modo orientativo y cualitativo se puede considerar la siguiente clasificación:

CLASEPRESENCIA

EN LOS SUELOSSALINOS

SOLUBILIDAD gl-1

TOXICIDADPARA LASPLANTAS

Cloruros

Sódico común 264 +++Magnésico común 353 ++++

Cálcico raro 400-500 ++Potásico baja elevada +

SulfatosSódico común f(t) ++

Magnésico común 262 ++++Potásico baja elevada +

Carbonato sódico Suelos sódicos 178 +++++Bicarbonato sódico Suelos sódicos 262 ++++

Fuente: Porta et al, 1999

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Cuadro A.1. Cantidad necesaria de miliequivalentes de diferentes sales para producir una solución con una presión osmótica de una atmósfera.

SalMiliequivalentes

por litroNaCl 24CaCl2 32KCl 24MgCl2 32Na2SO4 36

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Cuadro A.2. Peso de las fórmulas y pesos equivalentes de algunos iones que se encuentran en la solución del suelo.

Símbolo químico

o fórmula

Peso de la fórmula

(gr)

Peso equivalente

(gr)

Nombre

Ca+2 40.10 20.04 Ion calcioMg+2 24.30 12.16 Ion magnesioNa+ 23.00 23.00 Ion sodioK+ 39.10 39.10 Ion potasioCl- 35.46 35.46 Ion cloruroSO4

= 96.10 48.03 Ion sulfato

CO3=

60.00 30.00 Ion carbonato

HCO3−

61.00 61.01 Ion bicarbonato

NO3−

62.00 62.00 Ion nitratoAl+3 27.00 9.00 Ion aluminioFe+2 55.80 27.90 Ion fierroFe+3 55.80 18.60 Ion fierroPb+2 207.00 104.00 Ion plomoLi+ 6.94 6.94 Ion litioMn+2 54.90 27.50 Ion manganesoMn+4 54.90 13.70 Ion manganesoPO4

= 95.00 31.70 Ion fosfatoS= 32.10 16.00 Ion azufre

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Cuadro A.3. Relación entre el potencial osmótico y conductividad eléctrica de soluciones de NaCl y CaCl2.

Potencial osmótico

en atmósferas

Conductividad eléctrica

mmhos/cm a 25C

NaCl CaCl20.5 1.35 1.601.0 2.30 2.002.0 5.60 4.604.0 11.70 9.605.0 14.40 12.206.0 16.80 14.008.0 25.80 24.00

12.0 33.50 27.20

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