Hlavní parametry přírodního prostředí ph a Eh

Transkript

1

2 Hlavní parametry přírodního prostředí ph a Eh Stabilita prostředí je určována: ph kyselost prostředí regulace: karbonátový systém, výměnné reakce jílových minerálů rezervoáry: kyselost CO 2 v atmosféře, bazicita - vápencové horniny Eh oxidačně-redukční potenciál (ORP) regulace: fotosyntéza, dýchání a tlení; redox reakce na povrchu rezervoáry: oxidační kyslík v atmosféře a oxidované látky, redukční odumřelá biota, sulfidy

3 Oxidace a redukce Oxidační číslo (mocenství, oxidační stav, oxidační stupeň) oxidační číslo je definováno jako náboj atomu ve sloučenině, který by atom měl, kdyby se sloučenina ve vodě rozpustila na jednotlivé iony pravidla oxidační číslo prvků je 0 oxidační číslo jednoduchých ionů je rovno jejich náboji oxidační číslo vodíku ve sloučeninách je +I, kyslíku II součet oxidačních čísel v neutrální molekule se musí rovnat nule, v ionu jeho náboji

4 Eh oxidačně-redukční potenciál, redox potenciál, ORP Nernstova rovnice aktivita elektronů (pε, pe) Ox + n e Red pε = log a e Eh = Eh + RT nf ln a Ox a Red pε = F 2,303RT Eh Eh = 2,303RT F pε

5 Přírodní prostředí

6 Atmosféra

7 Reakce Fotosyntéza CO 2 + H 2 O CH 2 O + O kj/mol Dýchání, tlení Hnití C +IV O II 2 + H +I 2O II C 0 H +I 2O II + O 0 2 CH 2 O + O 2 CO 2 + H 2 O CH 2 O CH 4 + CO 2 CH 2 O = prototyp organických látek C:H:O přibližně v poměru 1:2:1 (C 6 H 12 O 6 glukóza, fruktóza)

8 Oxidační a redukční reakce v přír. prostředí Oxidace kyslíkem O H e H 2 O Redukce organickými látkami, minerály s redukovanou sírou CH 2 O + H 2 O CO H e FeS 2 (pyrit) + 8 H 2 O Fe SO H e CH 2 O = prototyp organických látek C:H:O přibližně v poměru 1:2:1 (C 6 H 12 O 6 glukóza, fruktóza)

9 původní prostředí Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství těžba

10 Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství oxidační rozpouštění FeS 2 (pyrit) + H 2 O + 3,5 O 2 (aq) Fe SO H + UO 2 (uraninit) + 2 H + + 0,5 O 2 (aq) H 2 O + UO 2 2+ ZnS (sfalerit) + 2 O 2 (aq) Zn 2+ + SO 4 2 AsFeS (arsenopyrit) + 2,75 O 2 (aq) + 2,5 H 2 O SO H + + Fe 2+ + As(OH) 4 některé z produktů oxidovány dále a imobilizovány Fe ,5 H 2 O + 0,25 O 2 (aq) FeOOH (goethit) + 2 H + Mn 2+ + H 2 O + 0,5 O 2 (aq) MnO 2 (pyrolusit) + 2 H

11 Antropogenní ovlivnění oxidační oplachové a pórové vody hornická činnost, podzemní stavitelství

12 Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství nahromaděné sekundární produkty zatápění

13 Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství redukční rozpouštění FeOOH (goethit) + 3 H + + e Fe H 2 O FeOOH (goethit) + 0,25 CH 2 O H + Fe ,5 H 2 O + 0,25 HCO 3 FeOOH (goethit) + 15 e + 19 H SO 2 4 FeS 2 (pyrit) + 10 H 2 O FeOOH (goethit) + 3,75 CH 2 O + 0,25 H SO 2 4 FeS 2 (pyrit) H 2 O + 3,75 HCO 3 redukční imobilizace Fe e + 16 H SO 2 4 FeS 2 (pyrit) UO e UO 2 (uraninit)

14 důlní vody Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství

15 mokřadní systémy Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství

16 Antropogenní ovlivnění redukční organický odpad, komunální vody, zemědělství, ropa spotřebují z vodného prostředí kyslík CH 2 O + O 2 CO 2 + H 2 O bakteriální asistence oxidace organických látek aerobní dýchání využívají kyslík k oxidaci organických látek O 2 H 2 O anaerobní dýchání po spotřebování kyslíku bakterie oxidují dále organické látky. redox žebřík (redox ladder) V suboxickém nebo anoxickém prostředí předvídatelná posloupnost redox reakcí určených bakteriální oxidací organických látek. Nejprve probíhají reakce, které poskytují nejvíce energie

17 Antropogenní ovlivnění redukční organický odpad, komunální vody, zemědělství, ropa Obecná posloupnost mikrobiálně asistovaných reakcí: O 2 H 2 O (obě formy rozpustné) NO 3 N 2 nebo NO 2 (obě formy rozpustné) MnO 2 Mn 2+ (nerozpustné formy rozpustné formy ) Fe 2 O 3 Fe 2+ (nerozpustné formy rozpustné formy) SO 4 2 H 2 S (obě rozpustné formy) CH 2 O CH 3 OH (jen některé mikroorganismy) CO 2 nebo CH 2 O CH 4 (fermentace)

18 redox žebřík (redox ladder) Antropogenní ovlivnění redukční organický odpad, komunální vody, zemědělství, ropa

19 Antropogenní ovlivnění redukční organický odpad, komunální vody, zemědělství, ropa redox žebřík (redox ladder)

20 oxidační negativní urychlení zvětrávacích procesů uvolnění těžkých kovů a anorganických toxických látek do povrchového prostředí pozitivní redukční Antropogenní ovlivnění důsledky urychlená oxidace organických kontaminantů pozitivní totální redukce sulfátů vede k produkci sulfánu a následně k záchytu a imobilizaci těžkých kovů urychlený přechod do podmínek, ve kterých se horniny nacházely po miliony let urychlená redukce organických kontaminantů negativní mobilizace vysrážených oxyhydroxidů Fe a Mn včetně sorbovaných složek

21 Závěry redox potenciál většina redox reakcí jsou mnohastupňové přechody elektronů měření může ovlivnit redox stav systému z analytických údajů nelze vypočítat teoretický redox, je nutné geochemické modelování měření Eh dává důležitou informaci o okamžité aktivitě elektronů

22 Děkuji za pozornost