كيمياء الأكسدة والاختزال في المياه الطبيعية
تحدد كيمياء الأكسدة والاختزال حالة الأكسدة للكربون والنيتروجين والكبريت والحديد والعديد من العناصر الأخرى في المياه الطبيعية، مما يشكل الأنظمة المائية من المياه السطحية المؤكسدة إلى الرواسب اللاهوائية.
Definition
دراسة تفاعلات نقل الإلكترون وظروف الأكسدة والاختزال التي تتحكم في حالات الأكسدة للأنواع الذائبة والجسيمية في المياه الطبيعية.
Scope
يغطي هذا الموضوع توازنات وحركية الأكسدة والاختزال في المياه الطبيعية، واستخدام نشاط الإلكترون (pE) و Eh كمتغيرات رئيسية، وتسلسل استخدام مستقبلات الإلكترون بوساطة ميكروبية، وتحولات الأكسدة والاختزال للعناصر الرئيسية عبر الحدود المؤكسدة-اللاهوائية.
Core questions
- كيف يصف pE و Eh ظروف الأكسدة والاختزال في الماء؟
- لماذا تُستخدم مستقبلات الإلكترون في تسلسل يمكن التنبؤ به؟
- كيف تتحكم تحولات الأكسدة والاختزال في كيمياء الحديد والمنغنيز والكبريت والنيتروجين؟
- أين تحكم الحركية، بدلاً من التوازن، نتائج الأكسدة والاختزال؟
Key theories
- سلم الأكسدة والاختزال لمستقبلات الإلكترون
- مع أكسدة المواد العضوية، تستخدم المجتمعات الميكروبية مستقبلات الإلكترون بترتيب تنازلي لإنتاج الطاقة، من الأكسجين عبر النترات وأكاسيد المنغنيز والحديد والكبريتات، وأخيرًا ثاني أكسيد الكربون، مما ينتج عنه تقسيم طبقي مميز للأكسدة والاختزال.
Mechanisms
يحدد نشاط الإلكترون (pE) ودرجة الحموضة (pH) معًا مجالات الاستقرار للأنواع الحساسة للأكسدة والاختزال، والتي يتم تلخيصها في مخططات pE-pH. في الرواسب والمياه الطبقية، يستهلك التنفس الميكروبي الأكسجين ثم مستقبلات الطاقة الأقل تباعًا، مما يدفع اختزال النترات وأكاسيد المعادن والكبريتات ويحرك أو يثبت العناصر المرتبطة.
Clinical relevance
تتحكم ظروف الأكسدة والاختزال في حركة الحديد والمنغنيز والزرنيخ والمغذيات، مما يؤثر على جودة المياه الجوفية، وإطلاق الملوثات من الرواسب، وتصميم أنظمة المعالجة.
History
تم تكييف إطار pE-pH من الكيمياء الجيولوجية إلى الكيمياء المائية في منتصف القرن العشرين، وتم توضيح التحكم الميكروبي في تسلسل الأكسدة والاختزال من خلال أعمال الكيمياء الحيوية اللاحقة.
Key figures
- Werner Stumm
- James J. Morgan
Related topics
Seminal works
- stumm1996
- vanLoon2017
Frequently asked questions
- لماذا يظهر الزرنيخ أحيانًا في المياه الجوفية؟
- يمكن أن تؤدي الظروف المختزلة إلى إذابة أكاسيد الحديد التي تحتوي على الزرنيخ، مما يؤدي إلى إطلاقه في المياه الجوفية؛ وبالتالي تتحكم كيمياء الأكسدة والاختزال في مشكلة التلوث الهامة هذه.