Doğal Su Redoks Kimyası
Redoks kimyası, doğal sulardaki karbon, azot, kükürt, demir ve diğer birçok elementin oksidasyon durumunu belirlemekte, oksijenli yüzey sularından anoksik sedimentlere kadar sucul sistemleri yapılandırmaktadır.
Tanım
Doğal sulardaki çözünmüş ve partikül haldeki türlerin oksidasyon durumlarını kontrol eden elektron transfer reaksiyonlarının ve redoks koşullarının incelenmesidir.
Kapsam
Bu kapsam, doğal sulardaki oksidasyon-redüksiyon dengelerini ve kinetiğini, elektron aktivitesi (pE) ve Eh'nin ana değişkenler olarak kullanımını, mikrobiyal aracılı elektron alıcı kullanımının sırasını ve oksijenli-anoksik sınırlar boyunca anahtar elementlerin redoks dönüşümlerini ele almaktadır.
Temel sorular
- pE ve Eh, sudaki redoks koşullarını nasıl tanımlamaktadır?
- Elektron alıcıları neden öngörülebilir bir sırayla kullanılmaktadır?
- Redoks geçişleri, demir, manganez, kükürt ve azot kimyasını nasıl kontrol etmektedir?
- Dengeden ziyade kinetiğin redoks sonuçlarını yönettiği durumlar nelerdir?
Temel kuramlar
- Elektron Alıcılarının Redoks Merdiveni
- Organik madde oksitlenirken, mikrobiyal topluluklar elektron alıcılarını azalan enerji verimi sırasına göre kullanmakta; oksijenden nitrata, manganez ve demir oksitlere, sülfata ve son olarak karbondioksite doğru ilerleyerek karakteristik bir dikey redoks zonasyonu oluşturmaktadır.
Mekanizmalar
Elektron aktivitesi (pE) ve pH, redoks duyarlı türler için stabilite alanlarını birlikte tanımlamakta ve bu durum pE-pH diyagramlarında özetlenmektedir. Sedimentlerde ve tabakalı sularda, mikrobiyal solunum oksijeni ve ardından sırasıyla daha düşük enerjili alıcıları tüketmekte, nitrat, metal oksitler ve sülfatın indirgenmesini sağlamakta ve ilişkili elementleri mobilize etmekte veya immobilize etmektedir.
Klinik önem
Redoks koşulları, demir, manganez, arsenik ve besin maddelerinin hareketliliğini kontrol etmekte, yeraltı suyu kalitesini, sedimentlerden kirleticilerin salınımını ve arıtma sistemlerinin tasarımını etkilemektedir.
Tarihçe
pE-pH çerçevesi, 20. yüzyılın ortalarında jeokimyadan su kimyasına uyarlanmış ve redoks sıralamasının mikrobiyal kontrolü, daha sonraki biyokimyasal çalışmalarla açıklığa kavuşturulmuştur.
Öne çıkan isimler
- Werner Stumm
- James J. Morgan
İlgili konular
Temel eserler
- stumm1996
- vanLoon2017
Sıkça sorulan sorular
- Arsenik neden bazen yeraltı suyunda ortaya çıkmaktadır?
- İndirgeyici koşullar, arseniği tutan demir oksitleri çözerek yeraltı suyuna salabilir; bu nedenle redoks kimyası, bu önemli kirlilik sorununu kontrol etmektedir.