7. Окислительно-восстановительные реакции в окружающей среде. Влияние рН и растворенного кислорода на окислительно-восстановительные процессы.

Для оценки самоочищения природных водоемов от промышленных стоков содержащих тяжелые металлы, нужно знать окислительно-восстановительную обстановку бассейна. Поскольку соединения одного и того же элемента разной степени окисления обладают различной растворимостью и гидролизуемостью, рассеиванию одного элемента способствует окислительная обстановка, а рассеиванию другого – восстановительная.

Например – соли окисленной формы Fe, Mn, Co, Ni, Ti, Pb гидролизуются легче, чем восстановленной, и многие из них при значениях рН, обычной для природных вод, образуют малорастворимые гидроокиси и основные соли. В то же время окисленные соединения V, Cu, Mo гидролизуются труднее, чем восстановленные, и поэтому окислительная обстановка содействует их рассеянию. Характеристика окислительно-восстановительных режимов водоема необходима, и для интерпретации результатов, получаемых при определении микроэлементного состава.

Окислительно-восстановительный потенциал – служит количественной мерой окислительно-восстановительного состояния среды, содержащей вещества с переменной валентностью. Величина потенциала определяется соотношением (окисленных и восстановленных) форм имеющихся веществ, способных окисляться и восстанавливаться.

Уравнение Нернста (1) (под логарифмом – молекулярные концентрации или активности). Значение потенциала выражается в Вольтах или Микровольтах.

Окислительно-восстановительный потенциал природных вод неустойчив и зависит от газового состава воды (О₂, H₂S, СО₂ и др). при выходе подземных вод на земную поверхность или при циркуляции их в хорошо аэрируемых зонах может резко меняться величина потенциала.

Водные объекты

Кислород, растворенный в природной воде ведет себя как очень слабый окислитель. Влияние атмосферного кислорода О₂ ограничивается созданием слабого окислительного эффекта, а именно:

поэтому потенциалы мест, открытых для воздуха при t = 25^оС соответствует следующее выражение (2) С точки зрения окислительно-восстановительных (ОВ) позиций границы устойчивости различных водных сред ограничены 2-мя реакциями разложения воды:

из уравнения 1 и 2 следует Если атмосфера состоит только из О₂ с давлением 1 атм., то

Таким же образом рассмотрим 2-ю реакцию Из уравнения 1 и 2 –Р_Н2=1 атм. Отражает максимальное значение при котором может существовать

Почва

Значение ОВ-процессов в почвообразовании и плодородии велико и проявляется в их влиянии на процессы образования органических и минеральных веществ, их миграцию и аккумуляцию.

Главным окислителем в ночвах является свободный кислород О₂ почвенного воздуха и кислород, растворенный в почвенной влаге. Большая часть ОВ-реакций имеет биохимическую природу, т.е. они связаны с проявлением биологических процессов. Для количественной оценки ОВ-состояния почвы используют несколько показателей:

– величина ОВ-потенциала (Eh), который определяется с помощью потенциалометров,

– величина индекса аэробности (rH₂), рассчитываемого по формуле - по величинеEh можно судить о преобладании в почве окислительных или восстановительный процессов.

Благоприятное ОВ-состояние (окислительное) при Eh = 450-700мВ

Преобладание восстановительных процессов при Eh = 250-300 мВ и ниже

Величина rH₂ = 27 – рубеж перехода от окислительного к восстановительному состоянию

rH₂ > 27 – окислительные процессы

rH₂ < 27 – восстановительные процессы.