Окислительно-восстановительный потенциал

Известно, что большинство биохимических реакций, лежащих в основе существования живых организмов, связано с окислением одних веществ и восстановлением других. В ходе этих реакций происходит перенос электронов или протонов и перераспределение электрохимических потенциалов. В простых химических системах окислительно-восстановительный потенциал, или редокспотенциал, определяется окислительной или восстановительной способностью компонентов по отношению друг к другу или к выбранному для измерения электроду. Редокспотенциалы измеряются в милливольтах и по аналогии с рН могут быть пересчитаны либо в показатель rН2, отражающий давление водорода, либо в Eh - показатель активности электронов. Первая величина характеризует восстановительную, а вторая - окислительную способность среды. Величины рН, rН₂ и Eh связаны соотношением

В восстановительной среде значения редокспотенциалов отрицательны (меньше 0), в сильно окисленной среде они превышают +200 милливольт. Значения от 0 до +200 милливольт характеризуют системы со средней восстановительной или окислительной способностью. В водоемах со значительным содержанием кислорода Eh достигает +300 милливольт и более, а rН₂, соответственно, приближается к своему максимальному значению, равному 42. Известно, однако, что концентрация кислорода в поверхностных и придонных слоях водоемов резко различается, что лежит в основе изменения Eh. Еще более значительным является перепад Eh в грунте.

Одум (1975) выделяет на вертикальном разрезе морских осадков три зоны в зависимости от редокспотенциала. Верхняя, окисленная зона содержит такие продукты, как кислород, углекислый газ, а также ионы Fe³⁺ и NО₃^-. Эти вещества являются результатом жизнедеятельности хемо- и фотосинтезирующих организмов средней (переходной) или анаэробных микроорганизмов нижней (восстановительной) зоны. Последняя содержит такие восстановители, как сероводород (H₂S), метан (СН₄), аммиак (NH₃). Основными обитателями этой зоны являются серобактерии, бактерии, восстанавливающие метан, а также нитритные и нитратные бактерии, переводящие аммиак и соли аммония сначала в нитрит-ион NO₂^-, а затем NO₂^- в нитрат-ион NO₃^-, который проникает в верхние слои и в дальнейшем используется растениями. Из сказанного становится понятным, что окислительно-восстановительный потенциал может найти применение не только для оценки окислительной или восстановительной способности среды, но и для активного вмешательства в протекающие в ней процессы.

Определить значение окислительно-восстановительного потенциала можно с помощью специальных индикаторов (табл. 1).

Таблица 1. Окислительно-восстановительные индикаторы

Если краситель при введении в систему обесцвечивается, это означает, что его потенциал больше ("положительнее") потенциала исследуемой системы.