عمليات الأكسدة والاختزال

إن عمليات اختزال الأكسدة والاختزال تؤدي دورًا مهمًا للغاية في التحكم في التركيزات الطبيعية للأكسجين والحديد والميثان وغيرها... في منطقة الجذور؛ كما أنها تُستخدم لتحديد مستويات ترشيح النيتروجين.

مقياس الأس الهيدروجيني FieldScout SoilStick SoilStick Phymeter

تحدث عمليات الأكسدة والاختزال من خلال انتقال الإلكترونات من ذرة إلى أخرى. ويمكن التنبؤ بترتيب حدوثها من ديناميكيات التوازن الديناميكي الحراري. وعادة ما تكون هذه العمليات بطيئة جدًا، ما لم تكن بوساطة التحفيز الميكروبي. ومن الأمثلة على ذلك اختزال الكبريتات من المواد العضوية، والتي كانت ستكون بطيئة للغاية لولا العمل الميكروبي, Desulfovibrio sp، والتي من خلال العمل الأنزيمي تحفز العملية ويمكن أن يحدث التفاعل بسرعة في البيئات الطبيعية. 

وتتطلب عمليات الأكسدة والاختزال هذه عوامل مؤكسدة مثل الأكسجين أو النترات. ومع ذلك، فإن عمل عوامل الاختزال مثل المواد العضوية الذائبة في المياه المسامية لمحاتنا الخضراء يؤدي أيضًا إلى هذه العمليات.

ومن الأمثلة على هذه العمليات التي يمكن أن تحدث مع Fe+2 وMn +4، على النحو التالي:

2 Fe+2+2 + MnO2 + 4H+ 2 Fe+3 + Mn+2 + 2H2O

في هذا التفاعل، ينتقل إلكترونان من Fe(2) لاختزال Mn(4) في MnO2. يعمل أيون الحديدوز كمختزل ويختزل Mn(4)، بينما يمكن تسمية MnO2 مؤكسدًا ويتأكسد إلى Fe+2. يتم تبادل الإلكترونات بين الذرات ولا توجد "حرة" في محلول الماء المسامي.

قياس Eh (V)، يحدد الجهد الكهروكيميائي توزيع جميع توازنات الأكسدة والاختزال، بالطريقة نفسها التي يعبر بها الأس الهيدروجيني عن توزيع جميع توازنات الحمض والقاعدة.

يتم القياس من خلال قطب كهربائي خامل من البلاتين مقابل قطب كهربائي قياسي ذي جهد معروف (Grentheet al., 1992 وCristensen et al., 2000).

وبالتالي، يمكننا أن نرى عمليات مختلفة اعتمادًا على القياسات التي تم إجراؤها:

الأنواع المؤكسدة الأنواع المختزلة الأنواع المختزلة mv mv الأكسجين المذاب (جزء من المليون)

O2 O2 H2O +750 +800 12 O2 H2O +750 +800 12 فرط التشبع

رقم 3 - رقم 2 - +450 +400 4.0

NO2- NH3 +400 +350 +350 0.4 نزع النتروجين

الحديد+3 الحديد+3 الحديد+2 + 300 + 200 + 200 + 200 0.1 الاختزال الحديدي

SO4- S2- S2- -150 -200 0.0 اختزال الكبريتات

CO2 الميثان -250 -300 0.0 تكوين الميثان

يحافظ استخدام الأوزون الذي يتم حقنه في نظام الري على شكل الخضر في ظروف هوائية، ويتم تعزيز الغلاف الجوفي المتطور بشكل جيد، ويتم تحييد استهلاك الأكسجين بواسطة الأغشية الحيوية وتظهر جميع الأسطح الرياضية انتظامًا أكبر.

يمكن معرفة إمكانات الأكسدة والاختزال للماء بأدوات ميسورة التكلفة للغاية مثل:

مقياس الأكسدة والاختزال (الأكسدة والاختزال) SoilStick