КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Пояснения к работе. Окислительно-восстановительный потенциал, называемый также редокс–потен-
Окислительно-восстановительный потенциал, называемый также редокс–потен- циал (от английского RеdОх – Rеduction/Охidation), характеризует степень ак-тивности электронов в окислительно-восстановительных реакциях, связанных с присоединением или передачей электронов. Вещество, принимающее электроны, называется окислителем, соответственно вещества, отдающие электроны в процессе реакции – восстановители. Значение окислительно–восстановительного потенциала (ОВП) для каж-дой окислительно–восстановительной реакции вычисляется по формуле Нерн-ста (1), выражается в милливольтах и может иметь как положительное, так и отрицательное значение.
Еh = Ео + 2,3(RТ/nF) lg(Ох/Rеd) (1) где Еh – окислительно – восстановительный потенциал среды, В; Ео – стандартный потенциал, при котором концентрации окисленной и восcтановленной форм равны между собой, В; R = 8,314 Дж/град – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура, К; n – число электронов, принимающих участие в процессе; F = 96500 Кл константа Фарадея; Ох – концентрация окисленной формы; Rеd – концентрация восстановленной формы.
В уравнении первый член Ео учитывает природу веществ, а второй –степень их концентрации. В природной воде значение Еh колеблется от –590 до +1000 мВ, что определяется всей совокупностью происходящих в ней окисли- тельных и восстановительных процессов. В условиях равновесия значение ОВП определенным образом характеризует водную среду, и его величина позволяет делать некоторые общие выводы о химическом составе воды. В зависимости от значения ОВП различают несколько основных ситуа-ций, встречающихся в природных водах: • Окислительная. Характеризуется значениями Еh > + (100 – 150) мВ, присутствием в воде свободного кислорода, а также целого ряда элементов в высшей форме своей валентности (Fe3+, Мо6+, Аs5+, V5+, U6+, Sr2+, Сu2+, РЬ2+). Данная ситуация наиболее часто встречается в поверхностных водах. • Переходная окислительно–восстановительная. Определяется величина- ми Еh от 0 до + 100 мВ, неустойчивым геохимическим режимом и переменньм содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов; • Восстановительная. Характеризуется значениями Еh < 0. Типична для подземных вод, где присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe2+, Мп2+, Мо4+, V4+, и U4+), а также сероводород, Во всех химических реакциях в водных растворах вода диссоциирует на свои составные части – гидрониум ион (Н3О+) и гидроксил ион (ОН¯):
2Н2O↔Н3О++ОН¯. (2)
Поэтому окислительно–восстановительную реакцию в водной среде при наличии в ней элементов А и В можно записать так:
А2+ + В° + 20Н¯ + 2H2О ↔ А(ОН)3↓+ В¯ + Н3О+ (3)
Окислительно-восстановительный потенциал зависит от температуры и концентрации различных ионов в растворе. Эти параметры существенно влияют на ход реакции (4) в водных растворах. Повышение температуры на 10°С увеличивает скорость реакции в 2–3 раза за счет интенсификации диффузионных процессов. Ионы других веществ могут изменять концентрацию ионов НзО+ и ОН¯ и тем самым замедлять основную реакцию. Замедление происходит, в основном, из-за физических причин – уменьшается вероятность взаимодействия основных реактантов. Возможно и ускорение реакции, если другие ионы являются катализаторами основной реакции. ОВП питьевой воды всегда больше нуля и обычно находится в пределах от +200 до +300мВ. Величина окислительно-восстановительного потенциала в водных сре-дах имеет тесную связь со значением водородного показателя, который явля-ется еще одним обобщающим показателем качества природных и сточных вод. Водородный показатель – содержание ионов водорода (вернее, гидрок-сония) в природных водах, определяется в основном количественным соотно-шением концентраций угольной кислоты и ее ионов:
СО2¯+ Н2О ↔ Н+ + НСО3¯↔ 2Н+ + СО32¯ (4)
Для удобства выражения содержания водородных ионов была введена величина, представляющая собой десятичный логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком: рН= -lgН+ (5)
Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция. Изменения рН тесно связаны с процессами фотосинтеза (из–за потребления СО2 водной растительностью). Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутству-ющие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов: Fе2+ + 2Н2О → Fе(ОН)2 + 2Н+
Значение рН в речных водах обычно варьирует в пределах 6,5–8,5, в атмосферных осадках 4,6–6,1, в болотах 5,5–6,0, в морских водах 7,9–8,3. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой вели-чина рН для большинства речных вод составляет 6,8–7,4, летом 7,4–8,2. Для природных вод рН определяется в некоторой степени геологией водосборного бассейна. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения величина рН не должна выходить за пределы интервала значений 6,5–8,5. рН воды – один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины рН зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. рН воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ. Можно считать, что величина еН отражает содержание электронов в среде: большое число электронов создает в природной системе восстановитель- ные условия, а их отсутствие – окислительные. По аналогии рН среды свиде-тельствует о содержании протонов: большое число протонов создает в природ-ной системе кислую среду, недостаток протонов – основную. Следует отме-тить, что величины еН и рН природных веществ контролируются рядом факторов. Важнейшими из них являются: - процессы фотосинтеза, дыхания, разложения; - окислительно-восстановительные реакции с участием железа, серы, углерода; - баланс между растворенной углекислотой и карбонатом кальция в природных водах. От значений ОВП и рН зависит интенсивность протекания хими-ческих и биологических процессов, устойчивость различных форм перехода элементов из одной фазы в другую, агрессивность воздействия воды на различ-ные материалы. Значения водородного показателя и окислительно–восстановитель-ного потенциала измеряются потенциометрическим способом. Потенциомет-рические методы анализа основаны на зависимости электродвижущей силы электрохимической ячейки от концентрации (активности) определяемого вещества в анализируемом растворе. Основным прибором системы измерения являются: блок ионосе-лективных датчиков и аналого–цифровой преобразователь. Прибор представляет собой ячейку, в которую заливается анализируемая вода и в которой размещены измерительные электроды. В об- щем случае э.д.с. ионоселективных электродов зависит от концентрации тех ионов, для измерения которых они изготовлены. То есть они реагируют на концентрацию определенного химического вещества и поэтому являются селективными (избирательными). Измерения, проводимые с помощью электро- дов, относятся к группе неразрушающих способов контроля. Кроме того, используя электроды соответствующих геометрических размеров, удается провести анализ в пробах объемом от нескольких миллилитров. Для определения окислительно-восстановительного потенциала исполь-зуется нейтральный металлический электрод. Такой электрод содержит ионы металла, не присутствующего в исследуемом растворе. В лабораторных усло-виях применяется платиновый электрод, покрытый слоем платиновой черни. Для определения водородного показателя используется стеклянный электрод. Причиной возникновения потенциала стеклянного электрода является разность химических потенциалов между ионами водорода и ионами натрия в пограничном слое между стеклом и раствором. Электрод сравнения (хлорсеребряный) в отличие от измерительных электродов имеет потенциал, независимый от состава электролита. Этот электрод используется в качестве второго электрода для измерительных элект-родов (для рН и еН), с целью получения информации в виде напряжения при измерении. Используя полученные данные можно анализировать и прогнозировать состояние исследуемой водной среды, т.е. проводить мониторинг ее качества, прослеживать изменение состава воды во времени, определять в каких интер-валах лежат значения рН и еН, делать выводы о том пригодна ли эта вода –для использования в бытовых и промышленных целях.
Дата добавления: 2014-12-07; Просмотров: 549; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |