자연수 산화환원 화학

산화환원 화학은 자연수에서 탄소, 질소, 황, 철 및 기타 여러 원소의 산화 상태를 결정하며, 산소가 풍부한 표층수부터 무산소 퇴적물에 이르기까지 수생 시스템을 구성합니다.

Definition

자연수에서 용존 및 입자상 물질의 산화 상태를 제어하는 전자 전달 반응 및 산화환원 조건을 연구하는 학문입니다.

Scope

이 주제는 자연수에서의 산화환원 평형 및 동역학, 전자 활성(pE) 및 Eh를 주요 변수로 사용하는 방법, 미생물에 의해 매개되는 전자 수용체 사용의 순서, 그리고 산소-무산소 경계면을 가로지르는 주요 원소의 산화환원 변환을 다룹니다.

Core questions

• pE와 Eh는 물의 산화환원 조건을 어떻게 설명합니까?
• 전자 수용체는 왜 예측 가능한 순서로 사용됩니까?
• 산화환원 전이는 철, 망간, 황, 질소 화학을 어떻게 제어합니까?
• 평형이 아닌 동역학이 산화환원 결과에 영향을 미치는 경우는 언제입니까?

Key theories

전자 수용체의 산화환원 사다리

유기물이 산화됨에 따라 미생물 군집은 산소부터 질산염, 망간 및 철 산화물, 황산염, 그리고 최종적으로 이산화탄소에 이르기까지 에너지 수율이 감소하는 순서로 전자 수용체를 사용하여 특징적인 수직 산화환원 구역화를 생성합니다.

Mechanisms

전자 활성(pE)과 pH는 산화환원 민감성 물질의 안정성 영역을 공동으로 정의하며, 이는 pE-pH 다이어그램으로 요약됩니다. 퇴적물과 성층화된 수역에서 미생물 호흡은 산소를 소비한 다음 점진적으로 낮은 에너지의 수용체를 사용하여 질산염, 금속 산화물 및 황산염의 환원을 유도하고 관련 원소를 이동시키거나 고정시킵니다.

Clinical relevance

산화환원 조건은 철, 망간, 비소 및 영양소의 이동성을 제어하여 지하수 품질, 퇴적물로부터의 오염물질 방출, 그리고 처리 시스템의 설계에 영향을 미칩니다.

History

pE-pH 프레임워크는 20세기 중반에 지구화학에서 수생 화학으로 적용되었으며, 산화환원 순서에 대한 미생물 제어는 이후의 생지화학 연구를 통해 명확해졌습니다.

Key figures

• Werner Stumm
• James J. Morgan

Seminal works

• stumm1996
• vanLoon2017

Frequently asked questions

비소가 때때로 지하수에 나타나는 이유는 무엇입니까?

환원 조건은 비소를 함유한 철 산화물을 용해시켜 지하수로 방출할 수 있습니다. 따라서 산화환원 화학은 이 중요한 오염 문제를 제어합니다.