Fenomene de oxidoreducere in sol

Fenomene de oxidoreducere in sol

In sol au loc permanent procese de oxidare ( cedare de electroni si crestere a sarcinii pozitive, are loc cu eliberare de energie) si reducere ( acceptare de electroni si scadere a sarcinii pozitive, are loc cu consum de energie), care nu pot avea loc independent, ci doar impreuna fiind denumite reactii de oxidoreducere sau redox:

Mn²⁺ Mn⁴⁺ + 2e^-

CO₃^2- HCO₃^- + e^-

Cele mai importante elemente chimice care participa la reactiile redox din sol sunt. C, O, N, Mn, Fe si S.

Procesele de oxidoreducere din sol se datoreaza in principal activitatii microorganismelor care, utilizand energia rezultata in urma descompunerii plantelor si animalelor, realizeaza procesul de oxidare prin transfer de electroni de la substanta organica (agent reducator) la alte substante acceptoare de electroni (agenti de oxidare). Oxigenul este cel mai puternic acceptor de electroni, ducand la eliberarea unei cantitati mari de energie in procesele de oxidare a materiei organice, fiind singurul acceptor de electroni pe care plantele il pot utiliza.

In conditii de aerare in sol (prezenta oxigenului), elementele nutritive sunt oxidate, formele lor stabile fiind: NO₃^-, SO₄^2-, Fe³⁺, Mn⁴⁺, etc. In lipsa oxigenului din sol, conditii de anaerobioza, elementele nutritive se gasesc in formele lor reduse (H₂S, Fe²⁺, Mn²⁺), care se pot acumula in cantitati toxice pentru plante. Astfel, nitratii pot fi redusi la oxizi inferiori de azot si chiar pana la azot molecular, ducand la pierderi de azot din sol.

Pentru a exista conditii optime de crestere si dezvoltare a plantelor este necesar ca in sol sa predomine procesele de oxidare fata de cele de reducere.

Potentialul redox, Eh, este energia rezultata prin transferul uni mol de electroni de la oxidant la H₂. Se masoara in volti (V), luand ca standard electrodul de hidrogen al carui potential este 0. Eh poate fi calculat cu ajutorul ecuatiei lui Nernst:

Eh = Eº - * ln,

unde:

Eº - potentialul standard al reactiei redox, in V

R - constanta gazelor, 8,3x10^-3 kJ/K

T - temperatura, masurata in grade Kelvin K

F - constanta lui Faraday, 96,5 kJ/V

n - numarul de electroni implicati in reactie

- concentratia formei oxidate/reduse

Eh are o valoare ridicata in mediu oxidant si o valoare scazuta in mediu reducator, aratand care proces predomina in sol, aerob sau anaerob. Potentialul redox al solurilor se situeaza intre 0-750 mV. Eh optim se situeaza intre 475-650 mV; sub 475 mV predomina loc conditii de anaerobioza, iar valorile mai mari de 650 mV indica conditii de aerobioza excesiva ( Budoi, 2000).

Tabelul 1.11.

Reactii redox din sol si potentialul lor redox

(Adams si colab., 2005)

Intrucat hidrogenul participa la reactiile de oxidoreducere, marimea potentialului redox va fi influentata si de pH-ul mediului respectiv, valoarea Eh crescand odata cu scaderea pH-ului.

Nitrificarea se desfasoara la valori ale Eh cuprinse intre 350-500mV, sub 200mV au loc pierderi de azot din sol, sub forma de amoniac.

Conditiile oxidoreducatoare din sol influenteaza mobilitatea fierului si manganului din sol. Astfel la valori ale Eh < 400mV are loc reducerea Mn⁴⁺ la Mn²⁺, iar la Eh < 300mV Fe³⁺ este redus la Fe²⁺.

In conditii de anaerobioza totala ( determinata de stagnarea apei pe sol), Eh-ul are valori negative, determinand reducerea totala a fierului si a sulfatilor pana la sulf elementar si sulfuri (H₂S - toxic pentru plante). De asemenea activitatea microorganismelor aerobe este blocata, au loc fermentatii anaerobe cu formare de metan si alte gaze toxice pentru plante.

"Oxidabilitatea solului" este exprimata prin valoarea pE care reprezinta logaritmul cu semn negativ al activitatii electronilor liberi:

pE = -lg (e^- )

pE din soluri variaza intre -6 si +13., valorile mari ale pE indica prezenta speciilor chimice in stare oxidata, iar valorile mici indica prezenta speciilor chimice in stare redusa. Microorganismele aerobe nu pot functiona la valori ale pE < 5, bacteriile denitrificatoare au intervalul pE cuprins intre +10 si 0, iar bacteriile care reduc sulfatii traiesc la valori ale pEmai mici de 2.