Hiện tượng điện hóa

Quá trình oxy hoá khử là quá trình liên quan đến thu hoặc nhưòng oxy, hydro hoăc điện tử. Trong đó quá trình oxy hoá là quá trình nhận oxy hoặc loại hydro hoặc điện tử và làm tăng số oxy hoá. Ngược lại quá trình khử oxy là quá trình loại oxy hoặc nhận hydro hoặc điện tử và làm giảm số oxy hoá. Hai quá trình này liên hệ tương hỗ với nhau, chất cho điện tử bị oxy hoá, chất nhận điện tử bị khử oxy. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hiện tượng điện hóa Chương 8 HIỆN TƯỢNG ĐIỆN HOÁ8.1 Thế năng oxi hoá khử của đất Quá trình oxy hoá khử là quá trình liên quan đến thu hoặc nhưòng oxy, hydro hoăc điệntử. Trong đó quá trình oxy hoá là quá trình nhận oxy hoặc loại hydro hoặc điện tử và làm tăngsố oxy hoá. Ngược lại quá trình khử oxy là quá trình loại oxy hoặc nhận hydro hoặc điện tử vàlàm giảm số oxy hoá. Hai quá trình này liên hệ tương hỗ với nhau, chất cho điện tử bị oxy hoá,chất nhận điện tử bị khử oxy. Thế oxy hoá khử là mức đo trình độ oxy hoá khử của một hệthống đo được nhờ một điện cực có tính trơ như cực bạch kim hay vàng tiếp xúc với hệ thốngđo. Đối với một hệ thống như: Chất oxy hoá + n.e chất khử oxy (8.1) Ví dụ, Fe3+ + e Fe2+, trong nhiệt động học, thế oxy hoá khử tính theo biểu thứcsau đây: Eh =Eo + (RT/nF) ln(aOx/aRed) = Eo + (0,059/n) log(aOx/aRed) (8.2)trong đó Eh: Thế năng oxy hoá khử (tính bằng von-V), Eo: Thế năng oxy hoá khử tiêu chuẩnkhi hoạt độ chất oxy hoá bằng hoạt độ chất khử bằng 1, R: Hằng số khí lý tưởng (universal),T: nhiệt độ tuyệt đối, n: số điện tử trao đổi, F: Hằng số Faraday, aOx: Hoạt độ của chất oxyhoá (oxidant), aRed: Hoạt độ của chất khử (reductant). Đất là một hệ thống oxy hoá khử phức tạp bao gồm các hệ thống oxy hoá khử khácnhau, ví dụ: Eo Phản ứng điện hoá Eo lúc pH=7,0 (V) (V) O2 + 4H+ + 4e 2H2O 1,23 0,82 Fe3+ + e Fe2+ 0,77 - MnO2 + 4H+ + 2e Mn2+ + 2H2O 1,23 0,43 NO3- + H2O + 2e NO2- + 2OH- 0,00 0,41 Fumarat + 2H+ + 2e Suxinat -0,03 Oxalaxetat + 2H+ + 2e Malat -0,10 Fe(OH)3 + e Fe2+ + 3OH- 0,77 -0,10 Pyruvat + 2H+ + 2e Lắctat -0,18 Axetaldehyt + 2H+ + 2e Etanol -0,19 SO32- + 3H2O + 6e S2- + 6OH- -0,61 -0,20 2H+ + 2e H2 0,00 -0,41 SO42- + H2O SO32- + 2OH- -0,60 -0,49 Trong bảng này, điện thế oxy đại biểu mức cao nhất của tác dụng oxy hoá, còn điện thếhydro đại biểu mức cao nhất của tác dụng khử oxy. Trên lý thuyết, trong bảng này, bất cứ mộthệ thống nào cũng đều có thể xảy oxy hoá hệ đứng dưới nó. Qua trên thấy rõ: Trong đất đượcthoát nước tốt và được thông khí, ở pH = 7,0 hệ thống có thể tác dụng là những hệ thống màđiện thế của chúng khi ở pH = 7,0 là dương so với hệ Fumarat – Suxinat. Trong những hệ 138thống này, oxy rõ ràng là quan trọng nhất. Trong đất thoát nước tốt, oxy được cung cấp vôhạn với một áp suất riêng phần rất cao. Cho nên hệ oxy có chiều hướng chi phối điện thế. Hệ sắt gần như là một hệ quan trọng thứ hai trong đất do: (a) Trong đất có nhiều hợpchất sắt. (b) Khi trong đất bị ngập nước nồng độ của sắt hai tăng lên. (c) Khi chuẩn độ điệnthế, dịch chiết đất bằng axit sunfuric biểu hiện rất giống như hệ Fe3+ - Fe2+; (d) Điện thế củađất nằm trong điện thế của hệ sắt. Trong đất thoáng khí, hệ sắt không được thừa nhận là hệchủ đạo, đó là vì nồng độ của nó thấp và bị hệ oxy mạnh hơn che lấp và khi pH lớn hơn 2,5điện thế của hệ sắt sẽ quyết định bởi áp suất riêng phần của oxy và nồng độ của ion H+. Nóimột cách khác, trong đất được thông khí tốt hệ sắt được thay thế bằng hệ oxy. Trong đất được tháo nước tốt, ngoài hệ sắt ra còn lại hệ MnO2 – Mn2+ và hệ NO3- -NO2-, hai hệ này cũng thay đổi theo hệ oxy. Hệ MnO2 – Mn2+ có tầm quan trọng nhất định. Tầm quan trọng đó là ở chỗ hệ này rấtphổ biến trong đất. Độ hoà tan của Mn2+ lớn hơn độ hoà tan của Fe3+ và Fe2+, hơn nữa thếoxy hoá khử tiêu chuẩn ở pH = 7,0 của hệ này gần với điện thế ở cùng độ pH quan sát đượctrong đất được thoát nước tốt. Điều khó khăn là cũng giống như Fe2+, Mn2+ bị oxy trongkhông khí oxy hoá rất nhanh cho nên nồng độ của Mn2+ được quyết định bởi áp suất oxy vàpH. Theo Hemstock và Low (1953), khi độ pH=2,7, oxy trong không khí vẫn có thể oxy hóaMn2+ (nồng độ là 0,00027% dung dịch đất), cho nên trong đất được thông khí tốt, cũng giốngnhư hệ Fe3+ - Fe2+, hệ MnO2 – Mn2+ bị che lấp bởi hệ oxy. Về thứ tự oxy hoá khử, hệ NO3- - NO2- hầu như ngang bằng với hệ MnO2 – Mn2+.Điện thế của hệ này nằm trong ph ...