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 02.05.2018 2
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 02.05.2018 3
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 02.05.2018 4 pε
Přírodní prostředí 02.05.2018 5
Atmosféra 02.05.2018 6
Reakce Fotosyntéza CO 2 + H 2 O CH 2 O + O 2 472 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) 02.05.2018 7
Oxidační a redukční reakce v přír. prostředí Oxidace kyslíkem O 2 + 2 H + + 2 e H 2 O Redukce organickými látkami, minerály s redukovanou sírou CH 2 O + H 2 O CO 2 + 4 H + + 4 e FeS 2 (pyrit) + 8 H 2 O Fe 2+ + 2 SO 4 2 + 16 H + + 14 e CH 2 O = prototyp organických látek C:H:O přibližně v poměru 1:2:1 (C 6 H 12 O 6 glukóza, fruktóza) 02.05.2018 8
původní prostředí Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství těžba 02.05.2018 9
Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství oxidační rozpouštění FeS 2 (pyrit) + H 2 O + 3,5 O 2 (aq) Fe2+ + 2 SO 4 2 + 2 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 4 2 + H + + Fe 2+ + As(OH) 4 některé z produktů oxidovány dále a imobilizovány Fe 2+ + 1,5 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 + 02.05.2018 10
Antropogenní ovlivnění oxidační oplachové a pórové vody hornická činnost, podzemní stavitelství 02.05.2018 11
Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství nahromaděné sekundární produkty zatápění 02.05.2018 12
Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství redukční rozpouštění FeOOH (goethit) + 3 H + + e Fe 2+ + 2 H 2 O FeOOH (goethit) + 0,25 CH 2 O + 1.75 H + Fe 2+ + 1,5 H 2 O + 0,25 HCO 3 FeOOH (goethit) + 15 e + 19 H + + 2 SO 2 4 FeS 2 (pyrit) + 10 H 2 O FeOOH (goethit) + 3,75 CH 2 O + 0,25 H + + 2 SO 2 4 FeS 2 (pyrit) + 2.5 H 2 O + 3,75 HCO 3 redukční imobilizace Fe 2+ + 14 e + 16 H + + 2 SO 2 4 FeS 2 (pyrit) UO 2+ 2 + 2 e UO 2 (uraninit) 02.05.2018 13
důlní vody Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství 02.05.2018 14
mokřadní systémy Antropogenní ovlivnění oxidační hornická činnost, podzemní stavitelství 02.05.2018 15
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. 02.05.2018 16
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) 02.05.2018 17
redox žebřík (redox ladder) Antropogenní ovlivnění redukční organický odpad, komunální vody, zemědělství, ropa 02.05.2018 18
Antropogenní ovlivnění redukční organický odpad, komunální vody, zemědělství, ropa redox žebřík (redox ladder) 02.05.2018 19
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 02.05.2018 20
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 02.05.2018 21
Děkuji za pozornost 02.05.2018 22