प्राकृतिक जल रेडॉक्स रसायन

रेडॉक्स रसायन प्राकृतिक जल में कार्बन, नाइट्रोजन, सल्फर, लौह और कई अन्य तत्वों की ऑक्सीकरण अवस्था को निर्धारित करता है, जो ऑक्सीकृत सतही जल से लेकर अनॉक्सीय तलछट तक जलीय प्रणालियों की संरचना करता है।

Definition

इलेक्ट्रॉन-स्थानांतरण अभिक्रियाओं और रेडॉक्स स्थितियों का अध्ययन जो प्राकृतिक जल में घुली हुई और कणिकीय प्रजातियों की ऑक्सीकरण अवस्थाओं को नियंत्रित करती हैं।

Scope

यह विषय प्राकृतिक जल में ऑक्सीकरण-अपचयन संतुलन और गतिज विज्ञान, मास्टर चर के रूप में इलेक्ट्रॉन गतिविधि (pE) और Eh के उपयोग, सूक्ष्मजीवों द्वारा मध्यस्थता वाले इलेक्ट्रॉन-स्वीकर्ता उपयोग के अनुक्रम, और ऑक्सीकृत-अनॉक्सीय सीमाओं के पार प्रमुख तत्वों के रेडॉक्स परिवर्तनों को शामिल करता है।

Core questions

• pE और Eh जल में रेडॉक्स स्थितियों का वर्णन कैसे करते हैं?
• इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता एक अनुमानित अनुक्रम में क्यों उपयोग किए जाते हैं?
• रेडॉक्स संक्रमण लौह, मैंगनीज, सल्फर और नाइट्रोजन रसायन विज्ञान को कैसे नियंत्रित करते हैं?
• संतुलन के बजाय गतिज विज्ञान रेडॉक्स परिणामों को कहाँ नियंत्रित करता है?

Key theories

इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ताओं की रेडॉक्स सीढ़ी

जैसे-जैसे कार्बनिक पदार्थ ऑक्सीकृत होते हैं, सूक्ष्मजीवी समुदाय घटती ऊर्जा उपज के क्रम में इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ताओं का उपयोग करते हैं, ऑक्सीजन से नाइट्रेट, मैंगनीज और लौह ऑक्साइड, सल्फेट, और अंत में कार्बन डाइऑक्साइड तक, एक विशिष्ट ऊर्ध्वाधर रेडॉक्स ज़ोनेशन का निर्माण करते हैं।

Mechanisms

इलेक्ट्रॉन गतिविधि (pE) और pH संयुक्त रूप से रेडॉक्स-संवेदनशील प्रजातियों के लिए स्थिरता क्षेत्रों को परिभाषित करते हैं, जिन्हें pE-pH आरेखों में संक्षेपित किया गया है। तलछटों और स्तरीकृत जल में, सूक्ष्मजीवी श्वसन ऑक्सीजन का उपभोग करता है और फिर उत्तरोत्तर कम-ऊर्जा वाले स्वीकर्ताओं का उपयोग करता है, जिससे नाइट्रेट, धातु ऑक्साइड और सल्फेट का अपचयन होता है और संबंधित तत्वों को गतिशील या स्थिर किया जाता है।

Clinical relevance

रेडॉक्स स्थितियाँ लौह, मैंगनीज, आर्सेनिक और पोषक तत्वों की गतिशीलता को नियंत्रित करती हैं, जिससे भूजल की गुणवत्ता, तलछट से दूषित पदार्थों का निकलना और उपचार प्रणालियों के डिज़ाइन पर प्रभाव पड़ता है।

History

pE-pH ढाँचे को 20वीं सदी के मध्य में भू-रसायन विज्ञान से जलीय रसायन विज्ञान में अनुकूलित किया गया था, और रेडॉक्स अनुक्रमण पर सूक्ष्मजीवी नियंत्रण को बाद के जैव-भू-रासायनिक कार्यों के माध्यम से स्पष्ट किया गया था।

Key figures

• Werner Stumm
• James J. Morgan

Seminal works

• stumm1996
• vanLoon2017

Frequently asked questions

आर्सेनिक कभी-कभी भूजल में क्यों दिखाई देता है?

अपचायक स्थितियाँ लौह ऑक्साइड को घोल सकती हैं जो आर्सेनिक को धारण करते हैं, जिससे यह भूजल में मुक्त हो जाता है; इसलिए रेडॉक्स रसायन इस महत्वपूर्ण संदूषण समस्या को नियंत्रित करता है।