Química Redox da Água Natural

A química redox define o estado de oxidação do carbono, nitrogênio, enxofre, ferro e muitos outros elementos em águas naturais, estruturando os sistemas aquáticos desde as águas superficiais óxicas até os sedimentos anóxicos.

Definition

O estudo das reações de transferência de elétrons e das condições redox que controlam os estados de oxidação de espécies dissolvidas e particuladas em águas naturais.

Scope

Este tópico abrange os equilíbrios e a cinética de oxirredução em águas naturais, o uso da atividade eletrônica (pE) e Eh como variáveis mestras, a sequência de uso de aceptores de elétrons mediados microbianamente e as transformações redox de elementos-chave através das fronteiras óxicas-anóxicas.

Core questions

• Como pE e Eh descrevem as condições redox na água?
• Por que os aceptores de elétrons são usados em uma sequência previsível?
• Como as transições redox controlam a química do ferro, manganês, enxofre e nitrogênio?
• Onde a cinética, em vez do equilíbrio, governa os resultados redox?

Key theories

Escada redox de aceptores de elétrons

À medida que a matéria orgânica é oxidada, as comunidades microbianas utilizam aceptores de elétrons em ordem decrescente de rendimento energético, do oxigênio ao nitrato, óxidos de manganês e ferro, sulfato e, finalmente, dióxido de carbono, produzindo uma zonação redox vertical característica.

Mechanisms

A atividade eletrônica (pE) e o pH definem conjuntamente os campos de estabilidade para espécies sensíveis ao redox, resumidos em diagramas pE-pH. Em sedimentos e águas estratificadas, a respiração microbiana consome oxigênio e, em seguida, aceptores de energia sucessivamente mais baixos, impulsionando a redução de nitrato, óxidos metálicos e sulfato, e mobilizando ou imobilizando elementos associados.

Clinical relevance

As condições redox controlam a mobilidade de ferro, manganês, arsênio e nutrientes, afetando a qualidade da água subterrânea, a liberação de contaminantes dos sedimentos e o projeto de sistemas de tratamento.

History

A estrutura pE-pH foi adaptada da geoquímica para a química aquática em meados do século XX, e o controle microbiano do sequenciamento redox foi esclarecido através de trabalhos biogeoquímicos posteriores.

Key figures

• Werner Stumm
• James J. Morgan

Seminal works

• stumm1996
• vanLoon2017

Frequently asked questions

Por que o arsênio às vezes aparece na água subterrânea?

Condições redutoras podem dissolver óxidos de ferro que retêm arsênio, liberando-o para a água subterrânea; a química redox, portanto, controla este importante problema de contaminação.