Окислительно-восстановительные условия природных вод.

      Комментарии к записи Окислительно-восстановительные условия природных вод. отключены

Окислительно-восстановительные условия природных вод.

В химии, как мы знаем, окислением именуется отдача электронов, а их присоединение – восстановлением. Исходя из этого окисление одного элемента, отдающего электроны, сопровождается восстановлением другого, их получающего. В следствии появляются окислительно-восстановительные реакции. ионы и Элементы, принимающие электроны, являются окислителями, а отдающие – восстановителями. Наиболее значимым окислителем в ландшафте есть вольный кислород воздуха.

Окислителями смогут быть и другие химические элементы, талантливые принимать электроны: трехвалентное железо, четырехвалентный марганец, шестивалентная сера, пятивалентный азот и др. Восстановителями являются разные химические элементы, вернее их ионы и атомы, талантливые отдавать электроны – двухвалентное железо, двухвалентная (отрицательная) сера, водород, двухвалентный марганец, элементы в железном состоянии – медь, мышьяк и другие, трехвалентный хром, трехвалентный ванадий и т.д. Наиболее значимыми восстановителями в ландшафте являются органические вещества (органические кислоты и др.), двухвалентное газообразный водород и железо.

В зависимости от условий и степени ионизации внешней среды одинаковый элемент возможно и восстановителем и окислителем. Так, к примеру, трехвалентное железо – окислитель, а двухвалентное – восстановитель; четырехвалентный марганец – окислитель, двухвалентный восстановитель.

Окисление довольно часто связано с присоединением газообразного водорода из воздуха и воды (из этого и происхождение термина «окисление»), не смотря на то, что в один момент имеет восстановление и место кислорода. Подобно говорят о восстановлении солей серной кислоты либо соединении трехвалентного железа, не упоминая об в один момент протекающем окислении органических веществ.

При изучении окислительно-восстановительных процессов принципиально важно учитывать величину Еh , т.е. окислительно-восстановительный потенциал, что характерен для данной природной совокупности с ее конкретными размерами концентраций, рН и температуры. Еh измеряется в вольтах.

Многие элементы в зависимости от Еh среды имеют различную валентность (железо трех и двухвалентное, медь двух и одновалентная, ванадий пяти и трехвалентный и т.д.). Исходя из этого, найдя в ландшафте соединение данного элемента определенной валентности (к примеру, H2S либо H2SO4), возможно сделать ориентировочные выводы о величине Еh вод.

Окислительно-восстановительные условия имеют серьёзное таксономическое значение для химической классификации вод и ландшафтов. Это разъясняется огромным энергетическим эффектом окислительно-восстановительных реакций, коренным образом меняющим химическую обстановку в водах.

Эти Еh природных вод разрешают делать выводы о миграционной способности элементов и, напротив, по условиям миграции хотя бы одного элемента с переменной валентностью возможно сказать о величине Еh вод (а следовательно и о миграции в них вторых элементов). Так, низкая величина Еh в северных болотах определяет миграцию в них железа двухвалентного, кобальта двухвалентного, никеля двухвалентного.

Кислородные щелочные почвенные и грунтовые воды пустынь и степей негативны для миграции железа двухвалентного, что в них находится в форме трехвалентного, образующей труднорастворимые минералы. Такие воды благоприятны для миграции селена, молибдена, урана, входящих в состав комплексных анионов.

В ландшафте Еh в большинстве случаев колеблется от +0,7 до – 0,5 В. Поверхностные и грунтовые воды, которые содержат вольный кислород, значительно чаще имеют более узкий промежуток Еh – от +0,150 до +0,700 В. Трещинно-грунтовые воды изверженных пород кроме того на глубине 250-300 м имеют Еh более 0. Еh солончаков либо соляных озер, болот довольно часто существенно ниже 0, местами до –1,5 В. В этих условиях развиваются процессы восстановления SO42-, Fe3+ и других ионов.

хорошим примером смены окислительно-восстановительных условий есть переход трехвалентного железа в двухвалентное (Fe 3+ Fe 2+), так как с ним связано изменение почв и окраски пород. Соединения трехвалентного железа имеют бурую окраску и красную, а соединения двухвалентного железа – зеленоватую, сизую. Для каждого элемента имеется собственная окислительная и восстановительная ситуация в соответствии с размерами его Еh.

К примеру, ситуация кислых таежных болот с Еh 0,4 В для железа будет восстановительной, поскольку в этих условиях оно перейдет в двухвалентное железо. Для меди эта ситуация еще будет окислительной, переход двухвалентной меди в одновалентную медь наступает при более низких размерах Еh.

  Но, учитывая большой кларк железа и легкую индикацию его окисленных и восстановительных соединений (смена окраски), комфортно поведение железа положить в базу выделения окислительно-восстановительных обстановок ландшафта. А.И.Перельман (1975) выделяет три главных обстановки: 1) окислительную; 2) восстановительная без H2S (глеевая) и 3) восстановительная с H2S и соответственно трех классов природных вод: 1) кислородных; 2) глеевых; 3) сероводородных (сульфидных).

1). Окислительная ситуация характеризуется присутствием в водах свободного кислорода, поступающего из воздуха за счет естественной растворимости либо за счет фотосинтеза водных растений. Еh выше 0,15 В, довольно часто выше 0,4 В. Железо значительно чаще находится в форме трехвалентного железа.

Кислородные воды владеют высокой окислительной свойством, в них действуют аэробные бактерии, окисляющие органические вещества до углекислого газа и воды, протекает и окисление неорганических веществ (двухвалентных железа и других элементов и марганца). Хром, ванадий, сера, селен в высоких степенях окисления образуют растворимые соединения – хроматы, ванадаты, селенаты, соли серной кислоты.

В ландшафтах, где преобладает окислительная среда, эти элементы имеют высокую миграционную свойство. К примеру, в пустынях видятся легкорастворимые соли серной кислоты натрия, магния, хроматы, ванадаты, селенаты. марганец и Железо в окислительной обстановке образуют труднорастворимые соединения трехвалентного железа и четырехвалентного марганца, что растолковывает их не сильный миграцию в таких ландшафтах.

Земли и осадочные горной породы, сформировавшиеся в окислительных условиях, в большинстве случаев имеют красную, бурую, желтую окраску за счет соединения трехвалентного железа.

2). Восстановительная глеевая ситуация без H2S (класс глеевых вод) создается в пресных водах, не содержащих либо мало содержащих богатых и свободного кислорода органическими остатками. Микробы окисляют органические вещества за счет кислорода органических и неорганических соединений. В водах появляются метан, железо двухвалентное, водород, марганец и соединения и другие ионы.

Так как воды содержат мало SO42- , то сероводород не образуется либо образуется в малых количествах; высокую подвижность покупают марганец и железо, частично и другие металлы, входящие в состав органических комплексов. В землях, коре и осадках выветривания начинается оглеение. Эти воды особенно свойственны для болот тундр, тайги, широколиственных лесов, лесостепи и влажных тропиков (Еh ниже +0,4 В, местами ниже 0).

Цвет оглеенных пород и почв белый, сизый, серый, зеленый, пестрый (с охристыми пятнами).

3). Восстановительная сероводородная ситуация с H2S (класс сероводородных (сульфидных) вод) создается в бескислородных водах, богатых SO42-, где микробиологическое окисление органических веществ осуществляется частично за счет восстановления солей серной кислоты (десульфуризации). Появление в водах H2S (время от времени до 2 г/л и более) ведет к осаждению металлов. Оглеение не начинается. В химическом отношении эта ситуация противоположна предыдущей.

Величины Еh низкие, довольно часто ниже 0, причем Еh возможно таким же, как и во втором классе. Следовательно, лишь величина Еh не определяет условий миграции элементов: при одном и том же Еh, но при различном содержании сероводорода элемент может и мигрировать, и осаждаться. Сероводородные воды свойственны для солончаков и илов соленых пустынь и озёр степей, для глубоких подземных вод некоторых районов, для побережий, подпитываемых морскими водами (к примеру, для мангров) и других условий.

В разных частях ландшафта окислительно-восстановительные условия природных вод неодинаковы. Выше кислородной поверхности преобладают кислородные воды, владеющие величиной и окислительной способностью Еh 0,15-0,5 В (при рН 6-8). Ниже кислородной поверхности воды восстановительные, величина Еh менее 0,4 В (в щелочных водах степей «пограничный Еh» существенно понижается).

В природных совокупностях ландшафта происходит закономерная смена окислительно-восстановительных условий, образуется окислительно-восстановительная зональность. самые восстановительные условия появляются в местах энергичного разложения органических веществ (в горизонтах А земель, верхней части илов, в местах захоронения органических остатков в водоносных горизонтах и т.д.). В сторону от этих горизонтов Еh растет, причем более окислительные условия наблюдаются глубже восстановительных (в  горизонте В земель, в глубоких частях илов и т.д.).

АЛЬФА 1


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: