Química Redox del Agua Natural
La química redox establece el estado de oxidación del carbono, nitrógeno, azufre, hierro y muchos otros elementos en aguas naturales, estructurando los sistemas acuáticos desde las aguas superficiales óxicas hasta los sedimentos anóxicos.
Definition
El estudio de las reacciones de transferencia de electrones y las condiciones redox que controlan los estados de oxidación de las especies disueltas y particuladas en aguas naturales.
Scope
Este tema abarca los equilibrios y la cinética de oxidación-reducción en aguas naturales, el uso de la actividad electrónica (pE) y Eh como variables maestras, la secuencia del uso de aceptores de electrones mediado microbianamente y las transformaciones redox de elementos clave a través de los límites óxicos-anóxicos.
Core questions
- ¿Cómo describen pE y Eh las condiciones redox en el agua?
- ¿Por qué los aceptores de electrones se utilizan en una secuencia predecible?
- ¿Cómo controlan las transiciones redox la química del hierro, manganeso, azufre y nitrógeno?
- ¿Dónde rige la cinética, en lugar del equilibrio, los resultados redox?
Key theories
- Escalera redox de aceptores de electrones
- A medida que la materia orgánica se oxida, las comunidades microbianas utilizan aceptores de electrones en orden decreciente de rendimiento energético, desde el oxígeno a través del nitrato, óxidos de manganeso y hierro, sulfato y, finalmente, dióxido de carbono, produciendo una zonificación redox vertical característica.
Mechanisms
La actividad electrónica (pE) y el pH definen conjuntamente los campos de estabilidad para las especies sensibles al redox, resumidos en diagramas pE-pH. En los sedimentos y las aguas estratificadas, la respiración microbiana consume oxígeno y luego aceptores de energía sucesivamente más baja, impulsando la reducción de nitrato, óxidos metálicos y sulfato, y movilizando o inmovilizando los elementos asociados.
Clinical relevance
Las condiciones redox controlan la movilidad del hierro, manganeso, arsénico y nutrientes, afectando la calidad del agua subterránea, la liberación de contaminantes de los sedimentos y el diseño de sistemas de tratamiento.
History
El marco pE-pH fue adaptado de la geoquímica a la química acuática a mediados del siglo XX, y el control microbiano de la secuencia redox se clarificó a través de trabajos biogeoquímicos posteriores.
Key figures
- Werner Stumm
- James J. Morgan
Related topics
Seminal works
- stumm1996
- vanLoon2017
Frequently asked questions
- ¿Por qué a veces aparece arsénico en el agua subterránea?
- Las condiciones reductoras pueden disolver los óxidos de hierro que retienen el arsénico, liberándolo al agua subterránea; por lo tanto, la química redox controla este importante problema de contaminación.