ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ,

[M.D.Jeorgick]

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ,
rH

Окислением называется отдача электронов, в результате чего степень окисления элемента повышается. Восстановлением называется присоединение электронов, в результате чего степень окисления элемента понижается.

Окислительные и восстановительные процессы тесно связаны между собой, так как химическая система только тогда может отдавать электроны, когда другая система их присоединяет. Такие системы называются окислительно-восстановительными.
Превращения веществ, при которых происходит перенос электронов , называются окислительно-восстановительными реакциями.

Восстановитель и окислитель, различающиеся только числом электронов, образуют окислительно-восстановительную пару, например, Cl2/Cl-. В окислительно-восстановительной реакции всегда участвуют две окислительно-восстановительные пары. Например, в реакции

2K + Cl2 => 2K+Cl-
это пары Cl2/Cl- и K/K+.

Окислительно-восстановительный (редокс-) потенциал служит количественой мерой окислительной способности редокс-системы по сравнению со стандартным водородным электродом. Окислительно-восстановительные пары, потенциал которых по отношению к стандартному водородному электроду отрицателен, действуют на систему как восстановители. Окислительно-восстановительный потенциал измеряется в вольтах. Методика определения редокс-потенциала весьма сложна и требует наличия сложного и дорогостоящего оборудования, так что к большому сожалению в аквариумистике на практике применяется крайне редко.

Самым мощным окислителем в природной и аквариумной воде является кислород. С химической точки зрения существуют и более сильные окислители, но они не играют в природе существенной роли. Ему противостоит, как восстановитель, комплекс, состоящий в основном из азотсодержащих веществ, образовавшихся в результате разложения органических остатков и группа соединений металлов с переменной валентностью (например, железа). То есть по отношению к толще воды атмосфера играет роль поставщика окислителя, а дно - поставщика восстановителей.

Для составления представления о "питательном климате" в воде наилучшим образом подходит такой показатель, как rH. Он вычисляется по формуле

rH = Е/28,9 + 2рН,

где Е - редокс-потенциал в мВ, при допущении, что при изменении рН на 1 единицу потенциал Е меняется на 57,5 мВ (при температуре 18оС).

Так же как и величина рН по определению представляет собой отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов, так и rH - отрицательный десятичный логарифм давления водородных ионов в редокс-системе. Как не одни водородные ионы определяют рН раствора, так не одни они пределяют и rH окислительно-восстановительной системы. Но как при помощи рН можно определенным образом охарактеризовать систему кислота-щелочь, так и при помощи rH можно определенным образом охарактеризовать редокс-систему.

Величина rH изменяется от 0 до 42. Увеличение rH соответствует увеличению окислительных свойств системы. Величина rH 0 соответствует системе с очень сильными восстановительными свойствами, в то время как rH 42 соответствует потенциалу так называемого кислородного электрода (такой величины rH можно достичь в растворах очень сильных окислителей, например, хромпике). Обычно о системе с rH выше 25 говорят как и об окислительной, а с rH меньше 20 - как о восстановительной. При этом не следует забывать, что понятия окислительный и восстановительный - относительно.

40-42 Атмосфера кислорода (наибольшая степень окисления
35 сильное окисление
30 умереное окисление
25 слабое окисление
20 слабое восстановление
15 умеренное восстановление
10 сильное восстановление
0-5 Атмосфера водорода (наибольшая степень восстановления)

Подобно тому как лишь часть диапазона рН применима в аквариумистике, так и лишь часть диапазона rH приемлема для жизни рыб и растений. Это диапазон от 16 до 36. Нормальный же диапазон для питания растений 27-36.

В различных опытах и замерах вод в аквариумах установлено, что водные растения не имеют конкретного числового значения оптимума rH, а предпочитают какие-то небольшие его диапазоны. Самую низкую ступень с диапазоном 27,5 - 28,5 явно занимают криптокорины.

На практике можно встретить аквариумы с rH 28,5, но ниже редко. Большинство аквариумов имеют rH около 29 и образуют нормальный "питательный климат" для растений родов Echinodorus, Heteranthera, Vallisneria и др., а rH выше 30 подходит для Elodea, Cabomba, Myriophyllum и зеленым водорослям.

[Кокан]

Вот, наш старый спор сделал первый уверенный шаг к разрешению.
Как говорил один из древних: "Прежде чем вести беседу, давайте сначала разберёмся с терминами". А чуть позже к этому добавили: "И с методиками".
В вышеприведенной выкладке мне не понятны, прежде всего, обозначения:
rH - ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ.
Е - редокс-потенциал в мВ.
Мне почему-то кажется, что это одно и тоже, только на разных языках, но тогда становится совершенно ненужной приведенная мат. формула, ибо Е=rH (по определению они суть одно). Такое уравнение решит любой школьник: Е=rH=2.07рН, это что же получается - линейная зависимость? Тогда зачем эта методика определения редокс-потенциала, которая весьма сложна и требует наличия сложного и дорогостоящего оборудования?
Если же Е и rH не равны, то почему Вы их называете одним именем?

[Кокан]

Мы уже неоднократно поднимали вопрос о том, что не нужно искажать обшепринятые термины и обозначения, иначе наша речь становится непонятной. В случае с базовыми химическими понятиями это пожалуй, даже важнее,чем с биологическими терминами. А по сему, давайте разбаремся в предложенных выше терминах и обозначениях.

Е - стандартный потенциал металла, потенциал между стандартным металлическим электродом и стандартным водородным электродом. Он же окислительно-востановительный или редокс потенциал.

Стандартный водородный электрод - Относительный электрод для определния стандартного потенциала: платиновая пластинка, погруженная в 1 молярный р-р. соляной кислоты и омываемая водородом при 25С и 760 мм рт. ст.

Стандартный металлический электрод - электрод сравнения для нахождения стандартного (редокс) потенциала: металл, погруженный в 1 М раствор своей соли при 25С и 760 мм рт. ст.
Гидрохимия, как наука прикладная, допускает определение редокс потенциала, отличное от общепринятого в фундаментальной общей и физической химии с обозначением последнего - Eh:
Окислительно-восстановительный потенциал (Eh)
Мера химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах. Значения окислительно-восстановительных (редокс) потенциалов выражаются в вольтах (милливольтах).
В природной воде значение Eh колеблется от – 400 до + 700 мВ и определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов, и в условиях равновесия характеризует среду сразу относительно всех элементов, имеющих переменную валентность.


Изучение редокс-потенциала позволяет выявить природные среды, в которых возможно существование химических элементов с переменной валентностью в определенной форме, а также выделить условия, при которых возможна миграция металлов.

Различают несколько основных типов геохимических обстановок в природных водах:


окислительный – характеризуемый значениями Еh + (100–150) мВ, присутствием свободного кислорода, а также целого ряда элементов в высшей форме своей валентности (Fe3+, Mo6+, As5-, V5+, U6+, Sr2+, Cu2+, Pb4+);

переходный окислительно-восстановительный – определяемый величинами Еh + (100–0) мВ, неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов;

восстановительный – характеризуемый отрицательными значениями Еh. В подземных водах присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe2+, Mn2+, Mo4+, V4+, U4+), а также сероводород.

[M.D.Jeorgick]

Костя, что у меня в тебе вызывает полное недоумение - это поверхамхапайство (да простят меня филологи за термин).
Это где ж ты нашел у меня в статье эту фразу:
"rH - ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ"?!

Как говорил один из не очень древних: "Прежде чем вести беседу давайте хотя бы научимся слушать (в данном контексте "читать") собеседника."

Во-вторых, если ты не понял, то объясняю, что ответить "что такое rH" меня просила inna.
Мне стоило достаточно большого труда найти форму объяснения для нее самого понятия редокс-потенциала ибо объяснить без него, что такое rH мне не представлялось возможным.
Я был бы безмерно тебе благодарен, если бы ты смог еще больше облегчить и упростить изложение материала мною. Но с такого разгона (по справочной литературе) так вляпаться в подколку ("а вы у Кокана спросите") да еще и чтоб так стошнило словесной билибердой (по форме; по сути во второй заметке все верно (а о первой даже говорить не хочу - Бешлега оштрафует))... Браво! Помог.

[Кокан]

"поверхамхапайство", а чо я не филолог, но мне слово нравится.
Только это не поверхамхапайство, а внутренний бунт против неточности в изложении крайне серьёзного материала. Я то, например, приблизительно понимаю о чем речь и если что-то из контекста для меня не ясно, то могу дофантазировать (на сколько образование позволит). А что делать тем, для кого слово потенциал означает всего на всего нераскрытую способность к чему-либо и т.п.?
Прости, но немного позащищаюсь:
"rH - ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ" и ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ, rH. С точки зрения русской грамматики - одно и то же и не нужно быть филологом для обладания этими знаниями.

Разложить эту информацию по полочкам действительно очень трудно, и одним коротким сообщением тут не отделаешься. На мой взгляд, начинать нужно с объяснения самых простых базовых понятий.

Ну, вот я и начну:
Потенциал – в данном случае это электрический заряд.
Если металлический электрод погрузить в раствор, в котором присутствуют ионы этого металла, то такой электрод приобретет определенный заряд, в результате миграции положительно заряженных ионов металла в раствор, или, наоборот, из раствора на поверхность электрода (это зависит от окислительно-восстановительных свойств конкретного металла). Если электрод заряжается положительно, то говорят, что он окисляется и наоборот, отрицательно – восстанавливается. Величина заряда зависит не только от свойств металла, но и от концентрации его ионов в растворе.
Если два разных электрода погрузить в растворы своих солей и соединить проводником, то на проводнике возникает электродвижущая сила (э. д. с.) и по нему идет ток, параметры которого легко поддаются измерению. На этом принципе основана работа многих измерительных приборов, в т. ч. рН–метров.

Передаю слово следующему лектору. Или подождем реплик из зала?

[Александр Бешлега]

Я удалил все последующие сообщения, но тему не закрыл, т.к. интересна она многим. Но хочу предупредить оппонентов - выбирайте выражения и ни в коем случае не переходите на личности. Выясняйте отношения на тему "кто умнее" в другом месте. Тут пусть будет только научный спор. Это моя просьба. Хотите, я слелаю отдельный раздел для ругани? От будет начинающим и посторонним почтитать интересно .

[Гена]

Вставлю свои пять коп.
Для ругани приват придуман.
А тута - место общественное.
Её Величество, Королева Великобр. чё про нас подумает?

[M.D.Jeorgick]

Костя, я надеюсь, что мы убедительно показали народу, что морды "в натуре чир-р-рик" мы не бьем. Так что продолжим.

Ты что-то говорил на счет того, что для того, чтобы составить представление о "питательном климате" (мое обобщение) достаточно померять окисляемость. У меня есть предложение, чтобы ты расшифровал это (особенно окисляемость как термин) подробнее. А то я в некоторых сомнениях.

[Кокан]

Ойц, может на днях, а?

[smirnoff_No21]

Карррррл, найди мене, чего по эраши этой Ильин пишет. И я разберуся, прав тут Ильин, или виноват... M.D.Georgick

А окисляемость - это просто титр воды по перманганату, насколько я понял.

[Кокан]

smirnoff_No21
Ну бывает ещё по бихромату.

[Сергій]

Автор оригинала smirnoff_No21
Карррррл, найди мене, чего по эраши этой Ильин пишет. И я разберуся, прав тут Ильин, или виноват... M.D.Georgick

Наскільки я знаю - нічого (станом на третє видання книги від 1984)

[M.D.Jeorgick]

Ну, дык если это титр по перманганату или бихромату, то определяет он в основном наличие органических веществ, львиную долю из которых в природных водах составляют гуматы.
К редокс-потенциалу это имеет весьма слабое отношение.

[Кокан]

Имеет, имет. Хотя бы по тому, что потенциал определяется наличием в растворе АКТИВНЫХ ионов, а гуматы их связывают и весьма прочно. Я вышел!

[Кокан]

Измеряя редокс потенциал, мы погружаем в испытуемую воду какой-то конкретный металлический электрод на нём и возникает потенциал, который мы измеряем (Eh).
Потенциал этот зависит от концентраций ВСЕХ АКТИВНЫХ ионов металлов в растворе и в том числе водорода (отсюда и рН в качестве сомножителя в вышеприведенной формуле).
Однако, Eh по определению и по методике его определения (но не по сути) не охватывает всех процессов связанных с окислением-восстановлением, происходящих в природных водоёмах или аквариумах. Есть понятие биогенного окисления . В процессе фотосинтеза происходит окисление кислорода (получается, что в среде присутствует окислитель более мощный, чем кислород – живые растения). Органические вещества, произведенные растениями в процессе фотосинтеза, «скатываясь» вниз по трофическим цепочкам снова окисляются, как раз выделившимся при фотосинтезе кислородом. Кроме того эти вещества накапливаются в среде и являясь восстановителями, способны изменять концентрации содержащихся в растворе ионов металлов высших степеней окисляемости, восстанавливая их. Влияют орг. вещества и на концентрации активных ионов металлов с не переменными степенями окисления, связывая их (гуминовые кислоты образуют прочные хелатные комплексы с металлами ). Ну и конц. ионов водорода тоже зависит от накопления органики в среде. Из всего этого следует, что накапливающаяся в среде органика оказывает самое непосредственное влияние на концентрации активных ионов в воде (среде), а по тому и на редокс потенциал. Существует, естественно и обратная связь: повышение содержания в среде окислителей (кислорода; хрома, марганца и др. ионов металлов низших степеней окисления и т. п.) приводит к окислению органики и смещению Eh в окисленную сторону.
Если учесть, что солевой состав воды в наших аквариумах достаточно стабилен и всё, что вносится в аквариум, вносится в разумных количествах, становится ясно, что окисляемость и редокс потенциал это косвенные показатели, характеризующие один и тот же процесс и находятся они в прямой зависимости один от другого (подозреваю, что линейной )