Hidrológiai Közlöny 1970 (50. évfolyam)

11. szám - Bikfalvi István: Irányítástechnika a víz- és szennyvíztisztításban. A redoxpotenciál és mérése

Hidrológiai Közlöny 1970. 10. sz. 508 VÍZ EL LÁT A S—CSATORNÁZÁS Irányítástechnika a víz- és szennyvíztisztításban A redoxpotenciál és mérése BIKFALVI I S T V A N • 1. Bevezetés A pH mérésről, mint az összetétel mérés egyik legfontosabb eszközéről, sorozatunk következő cikkében szólunk. A hidrogénionoknak (azaz a protonoknak — egységnyi pozitív töltésű atomi részecskéknek) a kémiai reakciókban való fontos szerepe teszi a pH-mérést kiemelkedő jelentőségűvé. A protonok mellett azonban az elektronoknak is fontos, sőt döntő jelentősége van a kémiai reakciók mechanizmusában. A reakciók tekintélyes része ugyanis az elektronoknak a vegyületek, elemek vagy ionok közti cseréjén alapul. Ezek az úgynevezett redoxreakciók. A természetben nagy szerepe van az oxidációnak és a redukciónak. Az aerob biológiai élet a fenntartásához szükséges energiát oxidáció útján nyeri. Kémiailag nézve azonban tágabb értelemben az oxidáció nem pusztán oxigénfelvételt, azaz az oxigénnek megkötését jelenti, hanem általában olyan reakciókat, melyek során elektronleadás történik. Ugyanígy redukciónak nevezzük az oxigénleadáson kívül azokat a folyamatokat is, melyek során elektronfelvétel megy végbe. Erre az általánosabb megfogalmazásra az a tapasztalat adott módot, hogy ezek a reakciók hatásukban, jellegükben és az őket kísérő jelenségekben megegyeznek a pusztán oxigénfelvétellel ill. leadással járó redoxreakciókkal. 2. A redoxreakciók szerepe a vízgazdálkodásban A redoxreakciók jelentősége a vízgazdálkodásban igen nagy. Minden élővíz ugyanis a biológiai élet számos formáját hordozza, az élet egyik hatalmas erőforrása pedig éppen a redoxreakciók során felszabaduló energia. Minél nagyobb mértékben lehetséges az oxidáció (tehát minél több oldott oxigén áll pl. a vízben rendelkezésre) annál inkább van lehetőség az aerob életre, mely az egészségesállapotú természetes víz jellemzője. Ha viszont az oxidációs folyamatok lelassulnak és helyükre egyre inkább a redukció lép, vagyis az oxigénnek bizonyos vegyületekből történő elvétele az aerob élet kiszorul és az anaerob élet kerül előtérbe. Az anaerob élet viszont éppen az állott, poshadt, berothadt — tehát egészségtelen — állapotú víz velejárója. A víz tisztításának, fertőtlenítésének közismerten jellemző módja az oxidáció (akár biológiai, akár kémiai.) Mind a szervesanyagtartalom, mind pedig a redukáló szervetlen mérgek (cianid, nitrit) * Mélyépítési Tervező Vállalat, Budapest. koncentrációja oxidáció révén csökkenthető a megengedett határ alá, de lényegében a vas- és mangántalanítás is oxidációs folyamat. Egyes esetekben a szennyvíz tisztításában a redukciónak is fontos szerep jut. Így például a felületkezelő üzemek szennyvizében gyakran előforduló kromátvegvületek, vagv a nehezen bomló komplex cianidok oxidálása érdekében nagy feleslegben adagolt aktív klórtartalmú vegyületek redukcióval hatástalaníthatók. A redoxreakciók érzékeltetett jelentősége terelte a figyelmet az őket kísérő azokra a jelenségekre, melyek révén a reakciók helyzetéről, lefolyásáról ipari körülmények között is értékes információkat szerezhetünk. Az egyik ilyen — a legtöbbet vizsgált és — legfontosabb jelenség a redoxpotenciál. 3. A redoxpotenciál 3.1. A redoxpotenciál fogalma, keletkezése Tapasztalati tény, hogy ha egy reverzibilis redoxrendszerbe (azaz egy anyag oxidált és redukált formáját egyaránt tartalmazó oldatba ) sima, indifferens (azaz az oldat egyetlen alkotójával sem reakcióképes) elektródot merítünk, akkor azon jól definiált potenciál keletkezik, mely az anyagi minőségtől és az oxidált és redukált anyag aktivitásának viszonyától függ. A redoxpotenciál mérése útján tehát meghatározhatjuk a redoxrendszerben uralkodó koncentrációviszonyokat. A redoxpotenciál keletkezésére számos elméleti magyarázat van. Ezek közül a legvalószínűbb az elektroncsereáram elmélete. Eszerint a redoxrendszerbe merített fémelektród felületén az oldat és a fém között elektroncsere történhet. A rendszer oxidált alkotója elektronfelvételre, a redukált alkotó elektronleadásra képes. Az oldat belsejében a két alkotórész között statisztikus elektroncsere is történik, mely azonban mikroszkopikusan nem okoz változást. A fémelektród felületén viszont nemcsak egymásközt, hanem a fémmel is történik elektroncsere. Ha az oxidált alkotó elektronfelvevő képessége nagyobb mint a redukált alkotó elektronleadó képessége, a különbözetet a fém fedezi szabad elektronjaiból mindaddig, míg az elektron veszteség folytán pozitív töltése annyira meg nem növekszik, hogy a további elektron kilépést gátolni kezdi. Ilv módon dinamikus egyensúly lép fel, a fémelektród az oldathoz képest pozitív potenciált kap. Ha a reduktív hatás (elektronleadóképesség) nagyobb, akkor az elektród negatív potenciált vesz fel.