Hidrológiai Közlöny 1970 (50. évfolyam)

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

Bikfalvi I.: A redoxpotenciál és mérése Hidrológiai Közlöny 1970. 11. sz. 509 3.2. A redoxpotenciál értéke, paraméterfüggése A redoxpotenciál a Petersen egyenlet szerint: (OxY m RT E7

1 RT , (pH) (1) ahol nF (Red)' n F E

0 a redoxrendszer normálpotenciálja, azaz a redoxpotenciál, ha (Ox)

i=(Red)

i és (pH) = 0, R a gázállandó F a Faraday- féle szám, T a hőmérséklet (abszolút fokban), (Ox) az oxidált alak és (R<?d) a redukált alak aktivitása (híg oldatban egyenlő a koncentrációval, töményebb oldatban azzal összefüggésben levő, de annál kisebb érték). (pH) az oldat pH értéke ii, m, i ós j értékét a reclox reakció egyenlete adja meg: i-Ox + n-e + mH -Red, (2) azaz i az oxidált alak sztöchinometriai száma, j a redukált alak sztöchinometriai száma, n a folyamat során cserélt elektronok száma, m a folyamat során cserélt hidrogénionok száma. Ha a folyamatban hidrogénionok (vagy ami ezzel egyenértékű — hidroxilionok) nem vesznek részt, akkor az (1) egyenlet harmadik tagja elmarad (m—0). A redoxpotenciál az egyenlet szerint a hőmérséklettől és a pH-tól lineárisan, a koncentrációaránytól pedig logaritmikusan függ. A többi tényező egy rendszeren belül azonos. A hőmérsékletfüggés a vízgazdálkodásban általában nem okoz gondot, a víz hőmérséklete ugyanis (legyen szó bármilyen technológiáról) csak évszakonként változik, ezért automatikus hőmérsékletkompenzációt nem is szoktak alkalmazni. A pH-függés jelentősége nagy, a vízgazdálkodás redoxfolyamatai ugyanis általában hidrogénionátmenettel járnak. Ezért a pH értékét vagy automatikus kompenzációval vagy számítás útján figyelembe kell venni. Az automatikus kompenzáció módjáról később megemlékezünk. A koncentrációaránytól való függést az 1. ábra mutatja. Lényeges körülmény, hogy egyik alkotó abszolút koncentrációját meghatározni nem tudjuk, csak a kettő viszonyát. De a logaritmus jelleg miatt tulajdonképpen ez sem egyszerű feladat. A középső lapos tartományban ugyanis a kis feszültségváltozás miatt a mérési pontosság romlik, a szélső meredek tartományokban ugyan a pontosság javul, de itt elektródjelenségek nehezítik a mérés eredményének értékelését (lásd később). A koncentráció-arány közvetlen meghatározását ipari körülmények között ezért nem is használják,' ehelyett más jellegű következtetéseket vonnak le a mérés eredményéből, 3.3. A redoxnormálpotenciál Az 1. ábrán látható görbe helyzetét és meredekségét az í 1) egyenlet előzőekben nem tárgyalt paraméterei határozzák meg. Az n, i, j értéke a me0% 100% 50 % 1. ábra 100% Ox 0% Red redekségre hat, de hatásuk ipari szempontból nem jelentős, i és j hatása részünkre teljesen jelentéktelen, ezért nem is tárgyaljuk. Ha viszont n= 1, akkor a redox arány 10-szeres változása szobahőmérsékleten mintegy 60 mV változást okoz (n=2 esetén 30 mV, n='S esetén 20 mV stb). Ennél nagyobb változás elméletileg sem lehetséges, hiszen n értéke 1 -nél kisebb nem lehet. Ha a koncentrációarány 1000-szeres változási tartományát vizsgáljuk, akkor is mintegy 200 mV (azaz 02V) feszültségtartományon belül maradunk. Az 1. ábra görbéje tehát egy sávval helyettesíthető, melyre E

0 értéke jellemző. Ilyen sávokat mutat három különböző anyagra a 2. ábra. Az E

n redoxnormálpotenciál értéke döntő jelentőségű. A 3.1 pontban vázolt elektroncsere áram elmélete szerint ugyanis pozitívabb elektródpotenciál akkor lép fel, ha a rendszer szívesebben vesz fel elektront mind lead, azaz a környezetét szívesebben oxidálja. Ha két különböző normálpotenciállal rendelkező rendszert keverünk össze, akkor a pozitívabb potenciálú oxidálószerként, a negatívabb redukálószerként viselkedik. Hangsúlyoznunk kell, hogy egy redoxrendszerről önmagában nem lehet egyik tulajdonságot sem állítani, hiszen a 2. ábra szerint az A'

0

2-vel jellemezhető anyag lehet oxidálószer is (E

i

r,<E,

n), de lehet redukálószer is (E

0

2<d <C.E

o

l), attól föggően, hogy milyen rendszerrel érintkezik. Mégis, a természetben és a gyakorlatban előforduló rendszereket vizsgálva általában (mivel E

0 tartománya mintegy —- 1V...+3V) L02 V/////////////

ZÁ V////////////77A 7ZZZZZZZZZZZZZZA 0% 100% 100% 0x 0% Red 2. ábra