เคมีรีดอกซ์ในน้ำธรรมชาติ
เคมีรีดอกซ์กำหนดสถานะออกซิเดชันของคาร์บอน ไนโตรเจน กำมะถัน เหล็ก และธาตุอื่นๆ อีกมากมายในน้ำธรรมชาติ ซึ่งเป็นโครงสร้างของระบบนิเวศทางน้ำตั้งแต่น้ำผิวดินที่มีออกซิเจนไปจนถึงตะกอนที่ไม่มีออกซิเจน
Definition
การศึกษาปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและสภาวะรีดอกซ์ที่ควบคุมสถานะออกซิเดชันของสารละลายและอนุภาคในน้ำธรรมชาติ
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมสมดุลและจลนพลศาสตร์ของการเกิดออกซิเดชัน-รีดักชันในน้ำธรรมชาติ การใช้กิจกรรมอิเล็กตรอน (pE) และ Eh เป็นตัวแปรหลัก ลำดับการใช้ตัวรับอิเล็กตรอนที่อาศัยจุลินทรีย์ และการเปลี่ยนแปลงรีดอกซ์ของธาตุสำคัญต่างๆ ข้ามขอบเขตที่มีออกซิเจนและไม่มีออกซิเจน
Core questions
- pE และ Eh อธิบายสภาวะรีดอกซ์ในน้ำได้อย่างไร?
- เหตุใดตัวรับอิเล็กตรอนจึงถูกใช้ตามลำดับที่คาดการณ์ได้?
- การเปลี่ยนแปลงรีดอกซ์ควบคุมเคมีของเหล็ก แมงกานีส กำมะถัน และไนโตรเจนได้อย่างไร?
- จลนพลศาสตร์ควบคุมผลลัพธ์ของรีดอกซ์แทนที่จะเป็นสมดุลในกรณีใดบ้าง?
Key theories
- ลำดับขั้นรีดอกซ์ของตัวรับอิเล็กตรอน
- เมื่อสารอินทรีย์ถูกออกซิไดซ์ ชุมชนจุลินทรีย์จะใช้ตัวรับอิเล็กตรอนตามลำดับผลผลิตพลังงานที่ลดลง ตั้งแต่ออกซิเจนผ่านไนเตรต ออกไซด์ของแมงกานีสและเหล็ก ซัลเฟต และสุดท้ายคาร์บอนไดออกไซด์ ทำให้เกิดการแบ่งเขตรีดอกซ์ในแนวตั้งที่มีลักษณะเฉพาะ
Mechanisms
กิจกรรมอิเล็กตรอน (pE) และ pH ร่วมกันกำหนดขอบเขตความเสถียรของสปีชีส์ที่ไวต่อรีดอกซ์ ซึ่งสรุปได้ในแผนภาพ pE-pH ในตะกอนและน้ำที่มีการแบ่งชั้น การหายใจของจุลินทรีย์จะใช้ออกซิเจนและตัวรับพลังงานที่ต่ำกว่าตามลำดับ ซึ่งขับเคลื่อนการรีดักชันของไนเตรต ออกไซด์ของโลหะ และซัลเฟต และทำให้ธาตุที่เกี่ยวข้องเคลื่อนที่หรือตรึงอยู่กับที่
Clinical relevance
สภาวะรีดอกซ์ควบคุมการเคลื่อนที่ของเหล็ก แมงกานีส สารหนู และสารอาหาร ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพน้ำใต้ดิน การปลดปล่อยสารปนเปื้อนจากตะกอน และการออกแบบระบบบำบัด
History
กรอบแนวคิด pE-pH ได้รับการปรับใช้จากธรณีเคมีมาสู่เคมีทางน้ำในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 และการควบคุมลำดับรีดอกซ์โดยจุลินทรีย์ได้รับการชี้แจงผ่านงานชีวธรณีเคมีในภายหลัง
Key figures
- Werner Stumm
- James J. Morgan
Related topics
Seminal works
- stumm1996
- vanLoon2017
Frequently asked questions
- เหตุใดบางครั้งจึงพบสารหนูในน้ำใต้ดิน?
- สภาวะรีดิวซ์สามารถละลายออกไซด์ของเหล็กที่กักเก็บสารหนูไว้ ทำให้สารหนูถูกปล่อยลงสู่น้ำใต้ดิน ดังนั้นเคมีรีดอกซ์จึงควบคุมปัญหามลพิษที่สำคัญนี้