Окислительно-восстановительный потенциал почвы

Окислительно-восстановительным потенциалом почвы (ОВП) называют разность потенциалов, возникающую между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платины), помещенным в почву. Измеряется ОВП при помощи потенциометра. В качестве электрода сравнения используют каломельный электрод. Выражается ОВП, как правило, в милливольтах. ОВП обозначают символом Eh (ОВП по отношению к водороду) и выражают отношением активностей окисленной (Ох) и восстановленной (Red) форм соединений. Если в системе имеет место равновесие, то потенциал такой системы равен:

Eh=E,+(RT/nF) * ln(aQx/ а^), (3)

где R - универсальная газовая постоянная, Дж; Т - абсолютная температура, К; F - постоянная Фарадея, Кл; п - число электронов, принимающих участие в окислительно-восстановительной реакции, а0х и aRed - активности окисленной (Ох) и восстановленной (Red) форм соединений; Е0 - стандартный потенциал данной окислительно-восстановительной системы, определяемый условием

а0х: aRed = 1. (4)

В основе уравнения (3) лежит уравнение Нернста, связывающее потенциал электрода (Е) с составом равновесного раствора:

Е = Е+RT/nF 1naM, (5)

где ам - активность катиона металла М в равновесном растворе; E0 - потенциал стандартного электрода, т. е. электрода, находящегося в равновесии с раствором, для которого ам= 1

В уравнение Нернста входит коэффициент, учитывающий зависимость потенциала от температуры:

V = RT/F (6)

При замене натуральных логарифмов на десятичные и подстановке числовых значений RT и F он при 20°С равен 0,0581, при 25°С - 0,0591 (т. е. при изменении температуры на 1°С V меняется на 0,2 мВ). Подставив в уравнение (3) значение коэффициента V для температуры 20°С, получим уравнение:

Eh=E0+0.0581/n 1g(a0x/aRed). (7)

В уравнении (7) Eh выражается в вольтах. Так как ОВП дается обычно в милливольтах, в окончательном виде уравнение для расчета ОВП имеет следующий вид:

Eh=E0+58/n1g(aa/oW). (8)

Уравнение (8) показывает, что ОВП почвы зависит от отношения активностей окислителя и восстановителя, а не от их абсолютных значений. Если активности окислителя и восстановителя равны, то отношение a0x/aRed=1 и тогда Eh = Е. Чем больше стандартный потенциал системы, тем более сильным окислителем является ее окисленная форма и тем более слабым восстановителем - восстановленная форма. Так, в почве сильными окислителями являются О2, C12, Mn0-4 (в кислой среде); Fe3+, N0-3 - окислители более слабые. К сильным восстановителям относятся Na+, Ca2+, S02-4, Fe2+. Рразличные соединения железа, азота, серы в зависимости от условий, в которых идут реакции, могут выступать либо как окислители, либо как восстановители. Однако при этом необходимо учитывать, что в почвах многие элементы редко находятся в виде простых ионов. В большинстве случаев они находятся в виде комплексных соединений. Поэтому стандартные потенциалы ряда таких пар, как Fe3+/Fe2+; Mn4+/Mn2+; N0-3/N0-2 и некоторых других, отличаются от табличных значений для простых ионов.

ОВП почв (Eh) указывает на окислительно-восстановительное состояние почвы и во многих случаях позволяет судить о том, какие окислители и восстановители имеются в почве и каково примерно их соотношение. В зависимости от задачи исследования определения ОВП проводят в полевых или лабораторных условиях. Более правильные представления о ОВП почвы получают в результате прямых измерений, выполняемых непосредственно в природной обстановке, так как только в этом случае не будет нарушено сложившееся в почвах равновесие. В лабораторных условиях обычно наблюдают за динамикой ОВП в модельных опытах.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Загрузить   След >