Окислительно –восстановительные реакции в гидросфере

Значение ОВ реакций:
 Потребление кислорода влияет на
жизнедеятельность гидробионтов
 Влияют на рН водоемов
 Направление ОВ реакций определяет устойчивость
органических загрязнителей
 Тип и скорость ОВ реакций –лимитирующие
факторы в работе очистных сооружений
Особенности окислительновосстановительных реакций в
природных водах:
 - большинство наиболее важных окислительно-
восстановительных реакций в водоемах
катализируются микроорганизмами. Например,
окисление органических веществ кислородом,
восстановление Fe3+ в Fe2+;
 - при рассмотрении окислительновосстановительных процессов в гидросфере
необходимо проводить аналогию с кислотноосновными реакциями.
Взаимосвязь между КО
равновесием и ОВР
 Перенос электронов в окислительно-
восстановительных реакциях всегда
сопровождается переносом протонов (Н+),
обуславливая тем самым жесткую взаимосвязь
между окислительно-восстановительными
процессами в природных водах и их кислотноосновным равновесием.
 Например, в нейтральной фазе протекает процесс:
Fe2+ + 3H2O – e ⇒ Fe(OH)3⇓ + 3H+.
Окислительновосстановительное равновесие
 Фотосинтез: СO2 + hn ⇒Сорганич + O2.
 Разложение органического вещества:
Средний состав органического вещества
фитопланктона определяется приближенной
формулой: С106Н263О110N16P.
При распаде органическое вещество такого
состава становится потенциальным
потребителем 138 молекул кислорода:
С106Н263О110N16P + 138О2 ⇒ 106СО2 + 16NO3- + HPO42- + 122H2O+
18H+.
Концентрация электронов
 показатель электронов (ре-): pe- = -lg[e- ].
 Реакция, протекающая в водородном электроде:
2Н+ (р-р) + 2e- = Н2(Г).
Изменение свободной энергии Гиббса данной
реакции принимается равным нулю и является
базой для определения изменения свободной
энергии в ходе окислительно-восстановительных
реакций в воде.
Электродный потенциал
 Потенциал, измеренный по отношению к
стандартному водородному электроду, называется
величиной Еh раствора, где h – символ
стандартного водородного электрода. Величина Eh
может быть и положительной, и отрицательной.
 Положительной данная величина считается в том
случае, если концентрация электронов в растворе
меньше, чем в водородном электроде;
в противном случае Eh и ре- связаны между собой
уравнением:
pe- =F/2.3 RT × Eh.
константа равновесия
окислительно с участием n электронов :
восстановительной
реакции
pe = lg K = n F E / 2.3 RT
-
p
0
 или при температуре 298 К:
pe- = lg Kp = n E0 / 0,059
 C помощью окислительно-восстановительных реакций токсичные
вещества можно перевести в безвредную форму. В качестве
окислителей используют кислород, озон, хлор, гипохлориты.
Например:

Высокотоксичный цианид-ион окисляется до безвредных азота
и углекислого газа:
2КСN + H2SO4 + 5NaClO ⇒ 5NaCl + K2SO4 + N2 + 2CO2 + H2O;
2CN- + 2H+ + 5ClO- ⇒ 5Cl- + N2 + 2CO2 + H2O.
 Оксид шестивалентного хрома восстанавливаются до сульфата
трехвалентного хрома:
2CrO3 + 3SO2 ⇒ Cr2(SO4)3.

Органический анион, входящий в большинство моющих средств,
подвергается аэробному разложению по следующей схеме:
 2С18Н29О3S- + 51O2⇒ 36CO2 + 28H2O + 2H+ + 2SO42-