Kimia Redoks Air Alami

Kimia redoks menentukan tingkat oksidasi karbon, nitrogen, belerang, besi, dan banyak unsur lainnya dalam air alami, menyusun sistem akuatik dari perairan permukaan yang oksik hingga sedimen anoksik.

Definition

Studi tentang reaksi transfer elektron dan kondisi redoks yang mengontrol tingkat oksidasi spesies terlarut dan partikulat dalam air alami.

Scope

Topik ini mencakup kesetimbangan dan kinetika oksidasi-reduksi dalam air alami, penggunaan aktivitas elektron (pE) dan Eh sebagai variabel utama, urutan penggunaan akseptor elektron yang dimediasi mikroba, dan transformasi redoks elemen-elemen kunci melintasi batas oksik-anoksik.

Core questions

• Bagaimana pE dan Eh menggambarkan kondisi redoks dalam air?
• Mengapa akseptor elektron digunakan dalam urutan yang dapat diprediksi?
• Bagaimana transisi redoks mengontrol kimia besi, mangan, belerang, dan nitrogen?
• Di mana kinetika, bukan kesetimbangan, mengatur hasil redoks?

Key theories

Tangga redoks akseptor elektron

Saat bahan organik dioksidasi, komunitas mikroba menggunakan akseptor elektron dalam urutan penurunan hasil energi, dari oksigen melalui nitrat, oksida mangan dan besi, sulfat, dan akhirnya karbon dioksida, menghasilkan zonasi redoks vertikal yang khas.

Mechanisms

Aktivitas elektron (pE) dan pH secara bersama-sama mendefinisikan medan stabilitas untuk spesies yang sensitif redoks, yang dirangkum dalam diagram pE-pH. Dalam sedimen dan perairan berlapis, respirasi mikroba mengonsumsi oksigen dan kemudian akseptor berenergi lebih rendah secara berurutan, mendorong reduksi nitrat, oksida logam, dan sulfat serta memobilisasi atau mengimobilisasi elemen terkait.

Clinical relevance

Kondisi redoks mengontrol mobilitas besi, mangan, arsenik, dan nutrisi, memengaruhi kualitas air tanah, pelepasan kontaminan dari sedimen, dan desain sistem pengolahan.

History

Kerangka pE-pH diadaptasi dari geokimia ke dalam kimia akuatik pada pertengahan abad ke-20, dan kontrol mikroba terhadap sekuensing redoks diklarifikasi melalui pekerjaan biogeokimia selanjutnya.

Key figures

• Werner Stumm
• James J. Morgan

Seminal works

• stumm1996
• vanLoon2017

Frequently asked questions

Mengapa arsenik terkadang muncul di air tanah?

Kondisi pereduksi dapat melarutkan oksida besi yang menahan arsenik, melepaskannya ke air tanah; oleh karena itu, kimia redoks mengontrol masalah kontaminasi penting ini.