Fractal Dimension of Humic Acids in Aqueous Suspension as a Function of pH and Time

Abstract

The fractal dimensions of soil and peat humic acids equilibrated for various lengths of time in aqueous suspension at different pH values were determined by measuring their turbidity as a function of wavelength, with collaboration by scanning electron microscopy (SEM). Particle‐size distributions of the humic acid systems were also determined. The analysis of the power‐law dependence of the turbidity on the wavelength revealed that soil and peat humic acids may exhibit either a nonfractal or a mass fractal nature. Peat humic acid could also be described as a surface fractal. The passage from one regime to another depended on the pH and equilibration time. With an increase of either factor, the mass fractal dimension of humic acids decreased from about 2.8 to values close to 1.0. This trend, supported by SEM observations, suggested that humic particles in suspension evolve from compact, almost space‐filled structures with smooth surfaces, to less compact, fragmented and elongated structures with increasingly rough and irregular surfaces as the pH or time increases. Values of the mass fractal dimension close to 2.5 would reflect diffusion‐limited aggregation (DLA), whereas values close to 2.1 would suggest a reaction‐limited cluster‐cluster (RLA) aggregation model for humic acid. The fractal dimension thus represents a numerical parameter able to describe quantitatively the morphological features assumed by humic particles in suspension and to provide information on the underlying aggregation processes.

A natureza fractal de ácidos húmicos

“…Esse resultado mostrou-se contrário aos observados por Senesi et al (1996), que utilizaram AH padrões, adquiridos comercialmente pela IHSS (teor de cinzas abaixo de 1%). Essa situação pode estar relacionada com o tipo de amostra de AH-Espodossolo, pois é sabido que mudanças conformacionais dependem das características (composição e estrutura) do AH em estudo, e estas, por sua vez, estão diretamente relacionadas com sua origem, processo de extração e condições do meio (ex.…”

“…Quanto à influência do tempo de agitação, os resultados não foram coerentes com os obtidos por Senesi et al (1996) 3,0 Ds = 2,76 ± 0,02 Ds = 2,76 ± 0,01 Ds = 2,82 ± 0,04 Ds = 2,85 ± 0,04 5,0 Ds = 2,45 ± 0,01 Ds = 2,49 ± 0,01 Ds = 2,50 ± 0,01 Ds = 2,50 ± 0,01 7,0 Ds = 2,45 ± 0,01 Ds = 2,48 ± 0,02 Ds = 2,49 ± 0,01 Ds = 2,51 ± 0,05 devida à diferença de contato entre as partículas, pois esses autores utilizaram agitação magnética, que, em geral, fornece maior velocidade/contato em relação à agitação horizontal. Embora Österberg et al (1994) tenham usado agitação magnética, seus resultados também diferiram daqueles de Senesi et al (1996).…”

“…Partículas de AH-Espodossolo demonstraram uma transição morfológica confirmada pela evolução de estruturas fractais de massa (menos compacta) para fractais de superfície (mais compacta) com o aumento da suspensão do pH. Essa evolução, diferentemente do AH-comercial, foi oposta à observada por Senesi et al (1996) e reforçou ainda mais a idéia de que o comportamento fractal de AH dependeu fortemente de sua origem e processo de extração.…”

“…Na turbidimetria, o expoente β indica a natureza do sistema: se β ≠ 3, o sistema é desordenado, tem natureza fractal; se β = 3, o sistema é ordenado e não é fractal (Senesi, et al, 1997). Medidas de turbidimetria (Senesi et al, 1996), espalhamento de neutrons , espalhamento de raios-x (Rice & Lin, 1993), dentre outras, já foram aplicadas no estudo da conformação e fenômenos de agregação de partículas de AH.…”

Dimensão fractal de ácidos húmicos em diferentes condições experimentais

“…O estudo dessas características desperta grande interesse por parte de pesquisadores em Química Ambiental e Ciências do solo. Pesquisas já têm demonstrado que os AH podem ser descritos como sistemas fractais, tanto no estado só-lido ou dissolvido 2 , quanto no coloidal ou em suspensão 3 . Isto implica que moléculas húmicas podem ser decompostas em partes, em que cada uma é "cópia" do "todo", encurtando diferentes fatores em diferentes direções 4 .…”