Окислительно-восстановительные реакции в гидросфере

SO4+e -->SO2+O2

Окислительная способность природных вод характеризует их активность. ОВР – редокс реакции.большинство наиболее важных редокс-реакций катализируется микроорганизмами. Инициирование процессов окисления в воде помимо основного окисления кислорода связано также с наличием в воде сульфатов, нитратов, Ме с переменной валентностью, а так же частично с наличием свободных радикалов.

Вост форма + ne ->ок форма

К = Пок/Пвост - eⁿ

Под окислительностью элементов принимают способность системы поставлять е для ОВ реакций.

Окислительная способность зависит от ph среды. Для природной воды величина активности может различаться на 20 порядков.

Активность воды представляет через редокс, он аналогичен значению pH, но характеризует не кол-во ионов Н, а потенциальную воз-тьприрродной воды к участию ОВР.

Pe = -lg (аок)

Энергия Гиббса в ходе ОВР = 0

Потенциал, измеряемый по отношению к стандартному Н электроду называется величиной стандартной энергии р-раE_hи оттого +/- значение имеет данная величина будет зависеть активность электронов в исследуемом растворе. Величина ОВ потенциала, протекающая с участием ионов Н завист от pH р-ра

Н2О -> O2 +e

H2O +e -> H2+ OH

Природные воды обычно находятся в контакте с воздухом, в котором парциальные давления кислорода и водорода меньше 1 атм, поэтому их ОВ потенциалы будут находиться в интервале значений, определяемых уравнениями

ре^- = 20,8 - рН.

ре^- = – рН.

Редокс – буферность природных вод .

O2+2H⁺ +e -> H2O2

H2O2 +e -> H⁺ + H2O

При окислительных процессах с участием О2 в воде, реакция идет в 2 стадии

1. Лимитирующая

Если на окислительные процессы израсходован весь О2, а в систему продолжают поступать органические вещества, то ОВР будут идти за счет других соединений.

1) Денитрификация

Роль данной реакции состоит в превращении нитрата в биологически нейтральный азот.

Сорг + Н⁺+NO3^-à N2+CO2+H2O

Кроме молекулярного азота могут образоваться оксид, диоксид, гемеоксид азота.

2) Восстановление сульфатов или сульфат-редуксов – реакция вкоторыхбактерти используют для окисления органических веществ сульфат иона.

Сорг +Н2О +SO4^2-àH2S + HCO3^-

Если pH воды > 7, то обр-я HS

Если в Н2О присутствует активные формы Fe, то будут образовываться его сульфиды.

3) Ферментация – процесс происходит при участии микроорганизмов и приводит к образованию более простых органических соединений.

(Сорг * А)à (Cорг - В) + СО2

Сорг + Н2О = СО2 + СН4

Данная реакция протекает при pH = 4.5

Особенности ОВ процессов в подземных водах:

Основными параметрами природных систем, обусловливающими редокс-уровни природных вод, являются:

Содержание кислорода в инфильтрационных водах. Если инфильтрационные воды поступают в водоносный горизонт по трещинам обнаженных пород (камням), то они обогащены кислородом и характеризуются значительной редокс-буферной емкостью и высокими значениями . Когда же фильтрация идет через почвы, богатые органическим веществом, вода может быть анаэробной при поступлении в водоносный горизонт.

Распределение и реакционная способность органического вещества и других потенциальных восстановителей в водоносном горизонте. Так, органическое вещество осадочных пород трудно утилизируется бактериями, так как оно является устойчивым.

Распределение веществ, способных создать редокс-буферность водоносного горизонта. В подземных водах массы веществ, способных потенциально создать редокс-буферность, на единицу объема подземной воды довольно велики. Поэтому редокс-уровни подземных вод часто соответствуют величинам , задаваемым редокс-парами Mn²⁺/MnO₂,Fe²⁺/Fe(OH)₃,Fe²⁺/Fe₂O₃.

Скорость циркуляции подземных вод. Чем больше время пребывания, тем ниже конечное значение .

Уникальные свойства воды.

Вода благодаря своему строению (наличию Н связи) имеют ряд аномальных свойств, благодаря которым поддерживается жизнь на земле.

1) Температурная зависимость плотности воды.

Максимальная плотность воды наблюдается при t= 4 ^оС. Благодаря тому, что лед легче воды, он остается на поверхности водоемов, сохраняя в них жизнь круглогодично.

2) Теплоемкость – удельная теплоемкость воды выше, чем у у всех жидких и твердых веществ. (исключение :NH4 и Н2). Она ровна 75.3 Дж/моль*К. Благодаря этому свойству океаны сглаживают колебания t на планете.

3) Удельная энтальпия плавления, является самой высокой среди всех жидких и твердых веществ (исключение :NH3 и Н2). Благодаря данному свойству на земле сглаживаются сезонные переходы.

4) Удельная энтальпия испарения. Ее высокое значение приводит к тому, что большая часть солнечной энергии достигшей поверхности земли расходуется на испарения, препятствуя перегреву поверхности. При конденсации паров воды в атмосфере происходит повышение полученной энергии , которая может переходить в кинетическую.

5) Поверхностное натяжение. Аномально высокое значение приводит к появлению ряби на воде уже при слабом ветре, в результате резко возрастает площадь водной поверхности à интенсифицируются процессы теплообмена между атмосферой и гидросферой. Также с явлением высокого натяжения связаны капиллярные силы воды, благодаря чему вода способна подниматься на высоту до 12 м от уровня грунтовых вод.

6) Диэлектрическая проницаемость. Она определяет самую большую растворяющую способность воды по отношению к веществам с полярной и ионной структурой.

ЛИТОСФЕРА

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 2084; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!