trongduc_dt
New Member
Download miễn phí Giáo trình Khoa học đất - Hiện tượng điện hoá
Phản ứng oxi hoá - khử ở trạng thái cân bằng có thể được mô tả dưới dạng các hằng số
cân bằng cần thiết để giải thích sự di chuyển electron. Điều này được thực hiện bằng cách kết
hợp các chỉ số oxi hoá với chất oxi hoá hay chất khử và bằng cách cân bằng cẩn thận phương
trình oxi hoá - khử tổng quát dưới dạng các nửa phản ứng khử.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
42)Chất hữu cơ trong đất cũng ảnh hưởng lớn đến điện thế oxy hoá khử của đất, đặc biệt
khi trong đất chứa nhiều chất hữu cơ dễ oxy hoá, khi ngập nước làm cho Eh hạ thấp một cách
rõ ràng.
Pha keo của đất cũng có thể ảnh hưởng đến hệ oxy hoá khử của đất. Thực nghiệm đã
chứng minh được rằng thể keo của đất ít nhất cũng có thể ảnh hưởng đến quan hệ Eh – pH của
đất. Kohnke (1934) phát hiện đường cong Eh – pH của hệ Fe3+ - Fe2+ khác rất nhiều so với
đất, nhưng khi cho đất sét đã điện phân vào hệ thống thì đường cong Eh – pH của hệ Fe3+ -
Fe2+ gần với đường cong Eh – pH của đất.
Thế oxy hoá khử là một tính chất hoá lý giản đơn nhất dùng để đánh giá mức độ oxy
hoá khử của đất. Đất khô, thoát nước, thoáng khí, chứa nhiều chất dạng oxy hoá được thể hiện
bằng thế oxy hoá khử cao và ngược lại, đất ngập nước, bí, chặt, trong đất chứa nhiều chất khử
được biểu hiện qua thế oxy hoá khử thấp. Theo U. Kh. Patric (dẫn theo D. X. Orlov,. Hoá học
đất. 1992) có thể phân loại quá trình oxy hoá khử của đất dựa vào giá trị Eh như sau:
Quá trình khử mạnh: (-0,30) – (-0,10)V
Quá trình khử trung
bình:
(-0,10) – (+0,15)V
Quá trình khử yếu: (+0,15) – (+0,45)V
Quá trình oxy hoá: (+0,45) – (+0,70)V
8.2 Khái niệm pE
Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng hoá học trong đó electron được chuyển hoàn toàn
từ một chất này sang một chất khác. Chất hoá học bị mất electron trong quá trình trao đổi điện
tích này được gọi là chất khử hay chất bị oxi hoá, còn chất nhận electron gọi là chất oxi hoá
hay chất bị khử. Ví dụ, trong phản ứng liên quan đến sắt:
FeOOH(r) + 3 H+(dd) +e-(dd) = Fe2+ (dd) + 2H2O(l)
(8.6)
142
pha rắn, gơtit (bảng 2.4 và hình 2.5), ở vế trái là chất oxi hoá, và Fe2+ (dd) ở vế phải là chất
khử.
Phương trình 8.6 là một nửa phản ứng khử, trong đó một electron trong dung dịch
nước, tức là e-(dd) là một chất phản ứng. Loại này giống như proton trong dung dịch nước
tham gia vào quá trình di chuyển điện tích. Phản ứng redox tổng quát trong đất luôn luôn phải
là sự kết hợp của hai nửa phản ứng khử, như thế loại e-(dd) không xuất hiện rõ ràng. Ví dụ,
phương trình 8.6 có thể được kết hợp ("cặp đôi") với nghịch đảo của nửa phản ứng liên quan
đến chất cacbon:
CO2(k) + H+(dd) + e-(dd) = CHO (dd) (8.7)
để khử bỏ electron trong nước và mô tả sự khử sắt qua quá trình oxi hoá format (hợp chất
chứa nhóm chức CHO ) trong dung dịch đất :
FeOOH(r) + CHO (dd) + H+(dd) =
Fe2+(dd) + CO2(k) + 2H2O(l)
(8.8)
electron trong nước là khái niệm rất thuận lợi cho việc mô tả trạng thái oxi hoá - khử của đất
cũng giống như proton trong nước rất thích hợp để mô tả trạng thái axit - bazơ của đất. Độ
chua của đất được biểu thị định lượng bằng âm logarit của hoạt độ của proton tự do, đó là giá
trị pH. Tương tự, khả năng oxi hoá của đất có thể được biểu thị bằng âm logarit của hoạt độ
của electron tự do, đó là giá trị pE:
pE º -log (e-)
(8.9)
Giá trị pE lớn thuận lợi cho sự tồn tại của các chất cùng kiệt electron (chất oxi hoá), cũng giống
như giá trị pH lớn thích hợp cho sự tồn tại của các chất cùng kiệt proton (các bazơ). Giá trị pE
nhỏ thích hợp cho chất giàu electron, hay chất khử, giống như giá trị pH nhỏ thích hợp cho
chất giàu proton như axit. Tuy nhiên, không giống pH, pE có thể nhận giá trị âm. Sự khác
nhau nhỏ này là do các quy ước riêng được đưa ra khi giải thích việc đo pH và pE bằng pin
điện hoá.
Phạm vi pE trong đất được biểu diễn bằng vùng kẻ sọc trên đồ thị ở hình 8.2. Đồ thị
này là biểu đồ pE-pH, chỉ ra phạm vi hoạt độ electron và proton được theo dõi trong môi
trường đất toàn thế giới. Giá trị pE lớn nhất được tìm thấy chỉ thấp hơn +13,0 và nhỏ nhất là
gần -6,0. Vùng pE này có thể được chia thành 3 phần tương ứng với đất oxic (pE > +7 tại pH
7), đất suboxic (+2 < pE < +7 tại pH 7), và đất anoxic (pE < +2 tại pH 7). Đất suboxic khác
với đất oxic là có pE đủ thấp để làm cùng kiệt O2 (khí), nhưng không đủ thấp để làm cùng kiệt ion
sunfat (xem bảng 8.2).
Đường nét đứt của đa diện không đều trong hình 8.2 bao gồm cả vùng pE-pH trong đó
các vi sinh vật - chủ yếu là vi khuẩn - xúc tác cho phản ứng oxi hoá khử có thể phát triển
mạnh. Các vi sinh vật này tăng lên cùng với các phản ứng như các phương trình 8.6 và 8.7 xuất
hiện trong đất. Hình 8.2 cho biết khoảng pE-pH mà vi sinh vật có thể xuất hiện trong đất và
143
môi trường đất có thể làm tăng cường sự xúc tác cho các phản ứng oxi hoá khử xảy ra ở đó.
Không có vùng pE-pH "vô trùng" trong đất.
Hình 8.2 Biểu đồ pE-pH chỉ ra vùng phân bố có thể của vi vi sinh vật (đường nét đứt)
và vùng quan sát được trong đất (vùng kẻ sọc, với số liệu thực nghiệm được thể hiện
thành các điểm). L. G. M. Baas Becking, I. R. Kaplan và D. Moore, 1960.
Các nguyên tố hoá học quan trọng nhất bị ảnh hưởng bởi phản ứng oxi hoá - khử trong
đất là C, N, O, S, Mn và Fe. Trong các đất bị ô nhiễm, danh sách này sẽ tăng lên bao gồm cả
As, Se, Cr, Hg và Pb. Nếu một loại đất tồn tại như một hệ thống đóng (ví dụ đất ngập do đọng
nước ao hồ) và các nguồn cácbon và năng lượng dồi dào có tác dụng thúc đẩy sự xúc tác trung
gian của vi sinh vật sẽ diễn ra một quá trình khử liên tục các nguyên tố vô cơ trong số sáu
nguyên tố cơ bản. Sự liên tục này được thể hiện trong bảng 8.2 bởi các nửa phản ứng khử đại
diện và vùng pE trên đó quá trình khử được bắt đầu ở các đất trung tính (pEbđ). Trong từng
trường hợp, người ta cho rằng nửa phản ứng khử gắn liền (cặp đôi) với sự oxi hoá chất hữu cơ,
điển hình là nghịch đảo của sự khử CO2 thành glucoza:
CO2(k) + H+ (dd) + e- (dd) = C6H12O6(dd) + H2O(l)
(8.10)
hay sự khử CO2 thành format (phương trình 8.7).
Khi pE của dung dịch đất xuống dưới +11,0 đủ electron để khử O2 (khí) thành H2O
(lỏng), như ở bảng 8.2. Khi pE dưới 5, oxi không bền trong đất trung tính. Khi pE trên 5, oxi
bị tiêu tốn trong quá trình hô hấp của vi sinh vật ưa khí. Khi pE giảm xuống dưới 8, electron
có thể khử NO3. Sự khử này được xúc tác bởi hô hấp nitrat (tức là NO3- đóng vai trò là chất
nhận electron sinh hoá như O2) liên quan đến vi khuẩn và thải ra NO2-, N2, N2O hay NH4+.
Phản nitơrat hoá là trường hợp đặc biệt của sự hô hấp nitrat trong đó N2(khí) và các khí chứa
nitơ khác được tạo thành.
144
Khi giá trị pE của đất giảm xuống vùng 7 đến 5, electron trở nên rất nhiều, đủ để giúp
quá trình khử Fe và Mn trong pha rắn. Sự khử sắt không xuất hiện cho tới khi O2 và NO3- bị
mất hết, nhưng sự khử Mn có thể bắt đầu trong sự có mặt của nitrat. Do vậy sự khử Fe và Mn
là đặc trưng của môi trường đất suboxic. Khi giá trị pE giảm xuống dưới +2, đất trở thành
anoxic và khi pE nhỏ hơn 0, electron có thể tham gia quá trình khử sunfat được xúc tác bởi
một loại vi khuẩn kị khí. Sản phẩm đặc trưng trong dung dịch dung nước là H2S, ion bisulfua
(HS-) hay thiosulfat (S2O3-), như được chỉ ra trong bảng 8.2.
Bảng 8.2 Chuỗi các phản ứng khử trong đất trung tính
Nửa phản ứng khử Giới hạn củapEbđ
O2(k) + H+ dd) + e- (dd) = H2O (l) 5,0-11,0
NO (dd) + H+ (dd) + e-(dd) = NO (dd) + H2O (...