Il terreno è formato da tre fasi distinte: solida, liquida e gassosa (non influenza direttamente le proprietà fisiche del terreno ma indirettamente tramite potenziali redox nei processi di mineralizzazione di sostanza organica). Le reazioni del suolo avvengono nell’interfaccia solido/liquida.
La parte solida del suolo è composta da materiale inorganico (minerali) e materiale organico (sostanza organica e sostanze umiche, carica a ph variabile).
Un minerale è una sostanza inorganica caratterizzata da composizione chimica costante, o variabile entro limiti ristretti, da proprietà fisiche specifiche e da peculiare struttura cristallina tridimensionale di atomi ioni o molecole. I minerali si dividono in minerali primari e secondari.
- I minerali primari sono i minerali strettamente legati alle rocce primordiali ed ai fenomeni collegati alla litogenesi. Minerali primari (in ordine di quantità crescente nella crosta terrestre) come feldspato e quarzo.
- I minerali secondari sono minerali più complessi originati da processi di cristallizzazione che coinvolgono minerali primari. Nel suolo svolgono il ruolo di colloidi per i processi di scambio.
- Gli ossidi (Fe, Al, Mn) sono minerali secondari paracristallini a carica pH variabili.
- I silicati sono minerali secondari formati da Si. Presentano una struttura cristallina. Carica permanente.
- Altre categorie meno importanti come carbonati, solfati ed evaporiti.
I silicati presentano 1 o più strutture cristalline di base: tetraedriche (4 atomi di ossigeno legati ad uno centrale di silicio) e ottaedriche (6 atomi di ossigeno legati ad uno centrale di alluminio). La struttura cristallina è determinata dal numero di coordinazione, ovvero il rapporto tra raggio ionico dei cationi e degli anioni della struttura (ra/rc). I silicati più semplici presentano solo strutture tetraedriche, mentre i fillosilicati sono costituiti da pacchetti di foglietti ottaedrici e tetraedrici.
- Nesosilicati: silicati semplici. 1 Tetraedro. Nessun ossigeno condiviso.
- Sorosilicati: silicati semplici. 2 Tetraedri. 1 ossigeno condiviso.
- Ciclosilicati: silicati semplici. Anelli tetraedrici. 2 ossigeni condivisi.
- Inosilicati: silicati semplici. Catene tetraedriche. 2 ossigeni condivisi.
- Fillosilicati: silicati complessi. Comprendono minerali argillosi e miche. Sono costituiti da pacchetti di foglietti ottaedrici (5 ossigeni condivisi) e tetraedrici (3 ossigeni condivisi). L’ossigeno apicale di ogni tetraedro si lega ad un alluminio di un ottaedro.
Classificati in base alla espandibilità dello spazio interstrato e dai cationi presenti in esso, carica di strato, dimensione dello spazio basale, morfologia e numero dei foglietti, tipo di legame fra i pacchetti (idrogeno, dipolo-dipolo, Van der Waals), sostituzioni isomorfe.- Caolinite: 1:1. Legami idrogeno fra i pacchetti. Deboli ma sufficienti. Bassa carica e CSC (10-15). Spazio interstrato non espandibile e spazio basale di 7.2 Å. Basse probabilità di sostituzioni isomorfe.
- Vermiculite: 2:1. Carica di strato = -0.66. Sostituzioni isomorfe (SI->Al Al->Fe,Mg). Cationi interstrato presenti (K+, Mg2+, NH4+). Spazio basale 10-15 Å. Superficie specifica di 600-800 m2 g -1. CSC = 120-150 mmeq.
- Montmorilloniti: 2:1. Carica di strato = -0.44. Spazio basale 9.6-18 Å. Sostituzioni isomorfe (SI->Al, Al->Mg). Cationi interstrato presenti (K+, Mg2+). Superficie specifica di 600-800 m2 g -1. CSC = 80-100 mmeq.