自然水中のレドックス化学

レドックス化学は、自然水中の炭素、窒素、硫黄、鉄、その他多くの元素の酸化状態を決定し、好気性の表層水から嫌気性の堆積物に至るまで、水生システムを構築しています。

Definition

自然水中の溶存種および粒子状種の酸化状態を制御する電子移動反応とレドックス条件の研究。

Scope

このトピックでは、自然水中における酸化還元平衡と速度論、マスター変数としての電子活性（pE）とEhの使用、微生物が媒介する電子受容体利用の順序、および好気性-嫌気性境界を越えた主要元素のレドックス変換について扱います。

Core questions

• pEとEhは水中のレドックス条件をどのように記述しますか？
• 電子受容体はなぜ予測可能な順序で使用されるのですか？
• レドックス遷移は鉄、マンガン、硫黄、窒素の化学にどのように影響しますか？
• 平衡ではなく速度論がレドックスの結果を支配するのはどのような場合ですか？

Key theories

電子受容体のレドックスラダー

有機物が酸化されるにつれて、微生物群集は、酸素から硝酸塩、マンガンおよび鉄酸化物、硫酸塩、そして最終的には二酸化炭素へと、エネルギー収量の減少順に電子受容体を使用し、特徴的な垂直レドックスゾーニングを生成します。

Mechanisms

電子活性（pE）とpHは、レドックス感受性種の安定性領域を共同で定義し、pE-pH図にまとめられます。堆積物や成層水では、微生物の呼吸が酸素を消費し、その後、より低いエネルギーの受容体を順次消費することで、硝酸塩、金属酸化物、硫酸塩の還元を促進し、関連する元素を可動化または固定化します。

Clinical relevance

レドックス条件は、鉄、マンガン、ヒ素、および栄養素の移動度を制御し、地下水質、堆積物からの汚染物質の放出、および処理システムの設計に影響を与えます。

History

pE-pHフレームワークは、20世紀半ばに地球化学から水生化学に適用され、レドックスシーケンスの微生物制御は、その後の生物地球化学的研究を通じて明らかにされました。

Key figures

• Werner Stumm
• James J. Morgan

Seminal works

• stumm1996
• vanLoon2017

Frequently asked questions

ヒ素が地下水中に現れることがあるのはなぜですか？

還元条件はヒ素を保持する鉄酸化物を溶解させ、ヒ素を地下水中に放出する可能性があります。したがって、レドックス化学はこの重要な汚染問題の制御に関与しています。