Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал, Eh)

Окислительно-восстановительный потенциал (мера химической активности) Eh вместе с рН, температурой и содержанием солей в воде характеризует состояние стабильности воды. В частности этот потенциал необходимо учитывать при определении стабильности железа в воде. Eh в природных водах колеблется в основном от -0,5 до +0,7 В, но в некоторых глубоких зонах Земной коры может достигать значений минус 0,6 В (сероводородные горячие воды) и +1,2 В (перегретые воды современного вулканизма).

Подземные воды классифицируются:

Eh > +(0,1–1,15) В

– окислительная среда; в воде присутствует растворенный кислород, Fe³⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Mo²⁺ и др.

Eh – 0,0 до +0,1 В

– переходная окислительно-восстановительная среда, характеризуется неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием кислорода и cероводорода, а также слабым окислением и слабым восстановлением разных металлов;

Eh < 0,0

– восстановительная среда; в воде присутствуют сероводород и металлы Fe²⁺, Mn²⁺, Mo²⁺ и др.

Зная значения рН и Eh, можно по диаграмме Пурбэ установить существования соединений и
элементов Fe²⁺, Fe³⁺, Fe(ОН)₂, Fe(ОН)₃, FeСО₃, FeS, (FeOH)²⁺.

Диаграмма Пурбэ для устойчивости соединений железа в воде

Диаграмма Пурбэ для устойчивости соединений марганца в воде

Диаграмма  характеризует соотношения устойчивости между окислами и карбонатом марганца при условии, что сумма растворенной CO₂ равна 10^-1,4(можно считать, что вначале система была насыщена CO₂ при давлении 1 атм)

Из диаграммы видно, что поле карбоната марганца (родохрозита) заметно больше поля сидерита в аналогичных условиях. В отсутствие СО₂ устойчивость более высоковалентных окислов и гидроокиси марганца повышается с увеличением окислительного потенциала. Например,  гидроокись марганца (пирохроит) - чрезвычайно редкий минерал: и для его образования необходима щелочная восстановительная среда и практически полное отсутствие СО₂.

Пример каталитического окисления марганца.

Как и в процессах очистки от железа, так и при деманганации предварительное осаждение оксидов марганца на поверхности зерен фильтрующей загрузки оказывает каталитическое влияние на процесс окисления двухвалентного марганца растворенным кислородом. В процессе фильтрования предварительно аэрированной и при необходимости подщелоченной воды на зернах песчаной загрузки образуется слой осадка гидроксида марганца Mn (OH)₄. Ионы растворенного Mn²⁺ адсорбируются поверхностью гидроксида марганца и гидролизуются, образуя оксид трехвалентного марганца Mn₂O₃. Последний окисляется растворенным кислородом вновь до Mn (OH)₄, который опять участвует в процессе каталитического окисления. Уравнения реакций этих процессов можно представить следующим образом:

Mn(OH)4 + Mn(OH)2 = Mn2O3 + 3 H2O (2)
2 Mn2O3 + 2 O2 + 8 H2O = Mn(OH)4 ↓ (3).