Показатель химической активности взаимодействия элементов и соединений в растворах, наблюдаемый в процессах обратимого характера, в связи с которыми изменяются заряды ионов, называют окислительно-восстановительным потенциалом (сокращенно – ОВП) или редокс-потенциалом. В формулах его обозначают латинским буквенным сочетанием Eh. Исчисляются редокс-потенциалы вольтами (милливольтами).
Значение этого показателя определяется формулой:
Eh = E0 + (0.0581/n) lg(Ox/Red), t = 20°С.
Здесь:
E0 – уровень нормального редокс-потенциала, когда насыщенность раствора окислителями и восстановителями одинакова;
Ox – насыщенность веществами-окислителями;
Red – насыщенность веществами-восстановителями;
n – количество задействованных в процессе электронов.
Формула применима к любой обратимой системе.
Для воды из природных источников характерно колебание значений Еh в пределах -400 – +700 мВ. Этот показатель формируется под совокупностью всех окислительно-восстановительных реакций. Он дает определение среде в отношении элементов, отличающихся переменной валентностью.
С изучением редокс-потенциала появляется возможность выделения условий, вызывающих процессы миграции металлов, а также выявления формы существования химических элементов переменной валентности в определённых природных средах.
Для воды природного происхождения выделяют группу геохимических обстановок, являющихся типовыми:
1. Окислительная. Значения Еh, характерные для нее, > + (100-150) мВ. В таких средах присутствует свободный кислород и ряд элементов (As5-, Cu2+, Fe3+, Sr4+, Mo6+, Pb2+, V5+, U6+), находящихся в своей высшей форме валентности;
2. Окислительно-восстановительная – переходная. Еh определяется в пределах +(100-0) мВ. Геохимический режим такой воды неустойчив, а для уровня содержания в переходной среде кислорода и сероводорода характерна переменность. При данных условиях поддерживается слабое восстановление и слабое окисление большой группы металлов;
3. Восстановительная. Для нее свойственно отличаться Еh < 0. В водах подземных водоемов присутствует сероводород и металлы с низкой валентностью (Fe2+, Mn2+, Mo4+, V4+, U4+).
Несколько реакций к рассмотрению:
Реакция кислотной нейтрализации щелочи (Na+(OH)- + H+Cl- = Na+Cl- + H+(OН)-) окислительно-восстановительной не является. Ионы, участвующие в ней, не меняют своих зарядов, поэтому нет процесса приема-передачи электронов.
Ржавление железа под воздействием воды и кислорода, растворенного в воздухе, может выражаться в виде следующего химико-математического уравнения:
4 Fe0 + 3 O20 + 2 H2O = 2 ( Fe23+O32- - H2O)
3 | O2 + 4ē = 2 О2-
4 | Fe0 - 3ē = Fe3+
Железо и кислород сменили заряды.
Соединениям, содержащим элементы, обладающим способностью к приобретению электронов и снижению собственной положительной валентности, дано название окислителей. При коррозии кислород принимает четверку электронов (4ē).
Для соединений, содержащих элементы, способные утрачивать электроны, увеличивая положительную и теряя свою отрицательную валентность, принят термин «восстановители». В ходе ржавления железо увеличивает свою положительную заряженность, потому что лишается 3ē.
Реакцию, когда элемент либо соединение теряет и приобретает электроны одновременно, называют реакцией диспропорционирования.
Проанализируем процесс растворения в воде газообразного хлора: Cl20 + Н+(ОН)- = Н+Cl- + Н+(ClО)-. Образование иона Cl-, заряженного отрицательно, диспропорционирует с нейтральной молекулой хлора. Одним атомом хлора принимается один электрон: Cl0 + 1ē = Cl-, вторым же атомом один электрон отдается: ClО - 1ē + Н2О = ClО- + 2Н+, при этом происходит образование гипохлорит-иона, где атом хлора будет с зарядом +1: (Cl+О2-)-.
Редокс-потенциал воды, в комплексе с уровнем ее рН, температурными показателями и содержанием солей, позволяет определить состояние стабильности среды. Его следует учитывать в ходе определения стабильности железа. Пользуясь диаграммой Пурбэ (рис. 1) и располагая значениями рН и ОВ-потенциала, можно выявить формы, в которых пребывают его соединения и элементы (Fe(ОН)2, FeS, Fe2+, Fe(OH)2+, Fe3+, FeСО3, Fe(ОН)3).
Рисунок 1. Диаграмма Пурбэ.
ОВП служит одним из базисных параметров для контроля над качеством очищенной воды после обработки бассейнов дезинфицирующими химикатами. Этот показатель дает возможность оценить эффективность проведенного обеззараживания. С зависимостью продолжительности жизни микроорганизмов, типичных для бассейновой воды, от уровня ее ОВ-потенциала можно ознакомиться по таблице 1.
Таблица 1. Продолжительность жизни микроорганизмов при различном ОВП.
Процесс, в котором принимает участие вещество, являющееся восстановителем либо окислителем, оказывает влияние на ОВП среды и корректируется ее рН. Стандартные потенциалы (Е°, В) электродных процессов, характерных для водных растворов наиболее распространенных дезинфекционных препаратов, приводятся в таблице 2. Потенциалы типичные для электродов, в отличие от значения редокс-потенциала, вычисляются при +25 градусах Цельсия. Для их определения необходимо нормальное (101.325 кПа) атмосферное давление. Они относятся к потенциалам электродов стандартного водородного типа. Например, для КMnО4 (перманганата калия), являющегося относительно сильным окислителем, в кислом растворе характерен ОВП в 1690 мВ, а в нейтральном Е°=600 мВ.
Таблица 2. ОВП дизенфикантов при различном ОВП.
Уважаемые господа, если у Вас возникла потребность коррекции показателя «Окислительно-восстановительный потенциал» в природной или технической воде, Вы можете сделать запрос специалистам компании Waterman.
