اكسده وارجاع في تربه

Soil (oxidation&reduction) - Oxydation et réduction dans le sol

الأكسدة والإرجاع في التربة

فلاح أبو نقطة

كمون الأكسدة والإرجاع في التربة soil redox potential

دور الأكسدة والإرجاع في تجوية الصخور والفلزات

تجري في التربة عمليات أكسدة وإرجاع على نطاق واسع، وتعرف الأكسدة oxidation بأنها العملية التي يتم فيها أحد التفاعلات التالية: ضم الأكسجين أو منح الهدروجين أو منح الإلكترونات من دون مشاركة أي من الأكسجين أو الهدروجين.

والتفاعلات المعاكسة هي الإرجاع أو الاختزال reduction. وبصورة عامة فالأكسدة هي إعطاء الإلكترونات أو منحها، والإرجاع هو ضمها أو أخذها، فالذي يُعطي هذه الإلكترونات هو المُرجِع والذي يأخذها هو المُؤكسِد، ويمكن تصوير ذلك من خلال المعادلة التالية:

حيث:

Ox:المؤكسِد، Red:المرجِع ، -e: الإلكترون ، :n عدد الإلكترونات المشاركة في التفاعل (تغيّر تكافؤ الإيون).

ويتحدد اتجاه عملية الأكسدة - الإرجاع بدرجة سهولة إعطاء الإلكترونات للمرجع وشدة ارتباطها بالمؤكسد. وتتصف بعض عمليات الأكسدة والإرجاع التي تجري في التربة بأنها عكوسة، ولكن معظمها غير عكوس. ومن الأمثلة على العمليات العكوسة تأتي مزدوجات:

إضافة إلى

أما العمليات غير العكوسة فتحدث عند أكسدة المواد العضوية وتحولاتها، وأكسدة الحموض الأمينية والمواد العفصية والبروتينات والسكريات والمواد الأخرى التي تدخل في تركيب البقايا النباتية، وإن عملية التدبل humification في التربة ما هي إلا عملية أكسدة بيوكيميائية.

وبما أن للقسم الأعظم من هذه التفاعلات طبيعة بيوكيميائية وتتعلق بصورة وثيقة بحدوث العمليات المكروبية فمن الطبيعي أن تؤدي هذه العمليات دوراً مهماً في حدوث الأكسدة والإرجاع.

يعد الأكسجين المؤكسد الرئيس في التربة، ويأتي من مصدرين هما: هواء التربة وماؤها، لهذا ترتبط عمليات الأكسدة والإرجاع بتهوية التربة وما يؤثر فيها من بنية وكثافة ورزم، وتحتل رطوبتها المقام الأول في هذا المجال.

كمون الأكسدة والإرجاع في التربة soil redox potential

لتوصيف الأكسدة والإرجاع وقياسها كمياً في التربة يُحدد كمون الأكسدة والإرجاع O.R.P أو (Eh) الذي يعكس التأثير الكلي لهذه العمليات في لحظة معينة. ويُعرف بأنه فرق الكمون أو الجهد الذي ينشأ بين محلول التربة وقطب من فلز خامل هو البلاتين مغروس في التربة، إضافة إلى قطب كالوميل مرجعي reference electrode، ويقاس هذا الكمون بالملي ڤولط (mV)، وقد يرمز له بـ(Eh) بالنسبة إلى الهدروجين، ويُعبر عن العلاقة بين فعالية أو نشاط المؤكسد وفعالية المرجع، وعند اتزان المنظومة أو الجملة يصبح الجهد بصورة المعادلة التالية التي وضعها نرنست :Nernst

حيث:

Eh:كمون الأكسدة والإرجاع للجملة المدروسة قياساً بالهدروجين مقدراً بالملي ڤولط.

E0: كمون الأكسدة والإرجاع القياسي للجملة بالملي ڤولط.

R: الثابت الغازي الكلي بالجول.

T: درجة الحرارة المطلقة، كلفن.

F: عدد فاراداي، كولون.

n: عدد الإلكترونات أو الشحنات المشاركة في الأكسدة والإرجاع في ذرة أو إيون (شاردة) واحد.

a Ox: فعالية المؤكسد أو تركيزه بالنظامية.

a Red: فعالية المرجع أو تركيزه بالنظامية.

يتضح من المعادلة السابقة أنه مع ازدياد تركيز إيونات المؤكسد يزداد مقدار الكمون، وعندما يتساوى تركيز المرجع والمؤكسد تصبح المعادلة بالصورة الآتية التي يطلق عليها الكمون النظامي: Eh = E0

ولدى التعويض في المعادلة السابقة وفي درجة حرارة 02oس تصبح المعادلة على النحو التالي:

وتختلف الجمل في كمونها النظامي أو القياسي، (جدول 1)، ففي الجملة: يبلغ مقداره 770 ملي ڤولط، وللجملة: يبلغ 344 ملي ڤولط في درجة حرارة °18س. فإذا كان تركيز Fe3+ 100.0 نظامي وكان تركيز Fe2+ 1.0 نظامي؛ تصبح المعادلة كما يلي:

فعندما يكون 1=n تصبح المعادلة كما يلي:

وعندما يكون 2=n تصبح المعادلة بالصورة الآتية:

الجدول (1) كمونات الأكسدة - الإرجاع القياسية Eo وعلاقتها بكمون القطب الهدروجيني النظامي في درجة حرارة 25°س. Eo, V درجة الأكسدة الدنيا ne- + درجة الأكسدة العليا العنصر +1.23 2H2O +4e- O2+4H+ O +1.77 2H2O +2e- H2O2+2H+   +1.69 MnO2+2H2O +3e- MnO-4+4H+ Mn +1.23 M n 2+ +2H2O +2e- MnO2+4H+   +2.26 MnO2+2H2O +2e- MnO-24+4H+   +0.60 MnO2+4OH- +3e- MnO-4+2H2O   +1.36 2Cl- +2e- Cl2 Cl +0.98 NO+H2O +e- HNO2+H+ N +0.94 HNO2+H2O +2e- NO-3+3H+   +0.80 NO2+H2O +e- NO-3+2H+   -0.86 NO2+2OH- +e- NO-3+H2O   +0.77 Fe2+ +e- Fe3+ Fe +1.21 3Fe2++4H2O +2e- Fe3O4+8H   -0.56 Fe(OH)2+OH +e- Fe(OH)3   -0.44 Fe +2e- Fe2+   0.00 H2 +2e- 2H+ H +0.17 H2SO3+H2O +2e- SO2- +4H+ S -0.93 SO-23+2OH- +2e- SO2-4+H2O   +0.31 H2S+4H2O +8e- SO2-4+OH+   -2.71 Na +e- Na+ Na -2.87 Ca +2e- Ca2+ Ca

يتعلق نشاط الأكسدة والإرجاع في التربة بالأس الهدروجيني pH، إذ يؤثر في سرعة العمليات المكروبية ونشاطها ومسارها في التربة. ويرتبط بالـباهاء (pH) تحول بعض مركبات الأكسدة والإرجاع إلى حالة ذائبة في التربة.

وللحصول على نتائج مقارنة لمقدار الأكسدة والإرجاع في ظروف متباينة من الـباهاء (pH) اقترح كلارك Clark استعمال (rH2) الذي يعبر عن اللُغارتم السالب لضغط تركيز الهدروجين الجزيئي، ويحسب بالمعادلة التالية:

فحينما يتجاوز مقدار (rH2) القيمة 27 تسود عمليات الأكسدة في التربة أما إذا قل عن 27 تنشأ عمليات الإرجاع، وعندما تنشط بشدة عمليات الإرجاع فإن rH2 قد ينخفض إلى 20 كما هو الحال في الترب الموحلة gley.

تتعلق عمليات الأكسدة والإرجاع في التربة بخواصها المنشئية وخواصها المائية والهوائية والنظام الحراري، ولهذا فإن لكل تربة عمليات أكسدة وإرجاع خاصة بها. ويقع كمون الأكسدة والإرجاع Eh بين 550-750 ملي ڤولط في البودزول وبين 400-600 ملي ڤولط في التشرنوزم و 350-450 ملي ڤولط في السيروزم، عندما تكون نسبة رطوبة التربة عادية. ويتغير الكمون هذا بدرجة كبيرة في الآفاق العليا الغنية بالمواد العضوية التي تتغير فيها نسبة الرطوبة باستمرار، كما تنشط فيها العمليات المكروبية، أما في الآفاق السفلى حيث يكون استهلاك الأكسجين قليلاً فيكون رقم الكمون فيها كبيراً. ويحدث العكس في الأراضي المستنقعية حيث يظهر أقل كمون في الطبقات السفلى ليصل إلى نحو 100 ملي ڤولط.

تؤثر عمليات الأكسدة والإرجاع بدرجة كبيرة في تكوين الترب وخصوبتها، وبهذه العمليات يرتبط تحلل المخلفات النباتية ودرجة تراكم المواد العضوية وتركيبها وتشكُّل مقطع التربة. تعمل زيادة الرطوبة وانخفاض الكمون على إبطاء عملية تفسخ المخلفات النباتية وإلى تكوين مواد عضوية قابلة للغسل والحركة، وتحوُّل الحموض الهيومية الى حموض فولفيّة، وكذلك يتعلق بهذا الكمون تحولات الآزوت والكبريت والفسفور والحديد والمنغنيز وحركتها في الترب. فالشروط المثالية لحدوث عمليات النترجة مثلاً هي عند 350-500 = Eh ملي ڤولط، وحين انخفاضها تحدث عمليات عكس النترجة denitrification. إن حدوث عمليات الإرجاع بصورة دورية في الترب ذات النظام المائي الغسلي يؤدي إلى تخريب المركبات المعدنية وغسل نواتج الهدم ولاسيما الحديد. قد يختلف كمون الأكسدة والإرجاع من أفق إلى آخر في المقطع الواحد، ويتعلق هذا بالرطوبة والتهوية ونشاط العمليات المكروبية. ويساعد مقدار الأكسدة والإرجاع في الترب على الحكم على الاتجاه العام لهذه العمليات ومن ثم على تحديد الوسائل اللازمة للتحكم في هذا النظام في التربة.

دور الأكسدة والإرجاع في تجوية الصخور والفلزات

الأكسدة والتجوية: تتعرض كثير من المعادن للأكسدة، ولاسيما مركبات الحديد الثنائي، فعند أكسدة البيريت FeS2 في وسط مائي، تتكون كبريتات الحديدي وكبريتات الحديد وحمض الكبريت الذي يسهم بشدة في التجوية، لتتكون فلزات جديدة وفق المعادلات التالية:

تتصف النواتج الجديدة بأنها أكثر عرضة للتجوية weathering من مكوناتها الأصلية. ويمكن أن يتم تأكسد الحديد داخل الشبيكة البلورية أو خارجها، فإن تم داخل الشبيكة فإنه سيختل التوازن الكهربائي لأن إيوناً ثنائي التكافؤ سيتحول إلى ثلاثي التكافؤ فتصبح البلورة أقل استقراراً وأكثر عرضة للتجوية. وفي بعض الأحيان يتم تأكسد الحديدي لحظة انفصاله عن البلورة، وهذا ما يلاحظ عند إماهة الأليفين وتكوين السربنتين بحسب المعادلتين التاليتين:

                     سربنتين                             أليفين

وإن ظهور الألوان الصفراء أو البنية أو الحمراء حين تجوية الصخور ما هي إلا دلالة على حدوث عمليات الأكسدة.

الإرجاع والتجوية: تؤدي عمليات الإرجاع دوراً بارزاً في تجوية الصخور والفلزات، ولاسيما الغنية بالعناصر الكيميائية ذات التكافؤات المتعددة مثل الحديد والمنغنيز والكوبالت والنيكل والكبريت. فعند سوء التهوية وانخفاض تركيز الأكسجين، وفي الظروف المائية تنشط عمليات الإرجاع التي تؤدي إلى تكوين العديد من مركبات الحديدي القابلة للحركة، ولاسيما بيكربونات الحديدي والمنغنيزي التي تتحد غالباً مع نواتج التفسخ العضوية مكونة أنواعاً متعددة من الخلابات أو الشيلات chelates.

مراجع للاستزادة: - فلاح أبو نقطة، علم التربة، منشورات جامعة دمشق، 1955. - فلاح أبو نقطة، حسن حبيب، حياة وطفة، كيمياء التربة، منشورات جامعة دمشق، 2011. - I, S. Kaorichev, Pedology; Agropromizdat, Moscow, 1989. - V. A. Kovda ;B. G. Rozanov, Pedology,Vishaya Shkola, Moscow, 1989. - T. A. Sokolova, T. Y. Dronova, I. I. Tolpeshta, Clay Minerals in Soils. Tula; Moscow, 2005. - H. Tan kim, Principles Soil Chemistry, 3rd ed. Marcel Dekker, Inc. New York, 1998. - A. V. Vozbutskaya, Soil Chemistry, Vishaya Shkola, Moscow, 1998.

---

- التصنيف : البيئة - النوع : البيئة - المجلد : المجلد الثاني مشاركة :