U IM I R E C E T O X Hydrosféra -vlastnosti vody Doc. Ing. Branislav Vrana, PhD branislav.vrana@recetox.muni.cz RECETOX Přírodovědecká fakulta Masarykova univerzita Brno, Česká republika MUNI RECETOX Jak to, že voda, která je tak důležitá pro život, ze život bez ni není možný, má tak nízkou cenu, zatímco diamanty, pro život naprosto zbytečné, mají cenu tak vysokou ? Nebezpečný dihydrogen monoxid šíří hrůzu. Studenti jej chtějí zakázat 4 M U NI RECETOX Koloběh vody Vlastnosti vody Vlastnost Působení a význam Vynikající rozpouštědlo Transport živin a odpadů, umožňuje průběh biogeochemických procesů Vysoká dielektrická konstanta Vysoká rozpustnost iontových sloučenin Vysoké povrchové napětí Kontrolní faktor pro fyziologii;kapky a povrchy Transparentní pro viditelné a blízké UV záření Bezbarvá dovoluje fotosyntézu ve vodném prostředí Největší hustota v kapalném stavu při 4 °C Led plave, izolace od promrznutí, udržení stratifikace Vysoké výparné teplo Určuje režim přenosu vody mezi atmosférou a vodou Vysoké teplo tání Stabilizace teplotního režimu při promrzání Vysoká tepelná kapacita Stabilizace teplotních podmínek M U NI RECETO Vlastnosti vody Vlastnost Těžká voda Normální voda D20 H20 Teplota tání [°C] 3,82 0 Teplota varu (při pn = 101,325 kPa) 101,42 100 [°C] Maximálni hustota [g cm3] 1,1072 1,0 Maximálni hustota při [°C] 11,2 3,98 Hodnota pKv 25 °C) ^^^^H 14,869 ^^^H 14,0 H Hodnota pH (při 25 °C) 7,41 7,00 Vlastnosti vody Voda H20 - oxidan, oxid vodný, dihydrogenmonooxid Bezbarvá, čirá kapalina bez chuti a zápachu Směs izotopů: vodíku - 1H, 2H (deuterium), 3H (tritium) kyslíku -140,150,160,170,180,190 převládá molekula 1H2160 Těžká voda - D2160 - výzkum pohybu, geneze a stáří podzemní vody, zastoupení - cca 0,015 °/ /o Super těžká voda - T2160 - slabě radioaktivní -T je b zářič Vlastnosti vody Define footer - presentation title / department Charakter molekul vody: 1) Mezi atomy H a O je kovalentní vazba 2) Molekula existuje v sp3 hybridizaci -centrální atom O je ve středu tetraedru, 2 atomy vodíku (2 vazby) a 2 elektronové páry jsou ve vrcholech tetraedru MU N I RECETO Vlastnosti vody Charakter molekul vody: 3) Molekula vody tvoří dipóly - důvodem je rozdíl v elektronegativitě O (3,44) a H (2,1) 4) Molekuly vody vytváří pomoci vodíkových můstků (vazeb) (d = 156 pm, E = 96 kJ moľ1) tzv. shluky (clustery, asociáty) Příčiny vzniku vodíkových můstků: 1) Dipólový charakter molekul \ 2) Van der Waalsovy sily rt " O (Hl. o (ííL (Oí oj V* M U ľ JI R E C E T 0 X Fyzikálně-chemické vlastnosti vody, funkce vody v organismu Vysoká polarita Elektronegativní O vazebné úhly 104,5° Vysoká relativní permitivita (asi 80) = zeslabuje el. vedení vazebné síly polárních molekul dobré polární rozpouštědlo, hydrolýza elektrolytů,... Vodíkové vazby Nevazebná interakce mezi parciálním nábojem na O a H -► tetraedrická struktura -► stabilní kapalná fáze; teplem se rozpadá na kompaktnější clusterovou strukturu -► neivvšší hustota vody je při 3,98°C - zachování života ve vodě, ... ,H^.. X (a) Water; extensive H-bonding gives water its high boiling point. When water freezes, H-bonding forces the molecules into an open solid structure, with the result that the solid form is less dense than the liquid. Thus, ice floats on water. Of^ H H \/ • / X H ~ H i t---H Nv. yT-\ H °< / H H 1 (b) Ammonia dissolved in water. . H H V. i i 0—C—C —H ' 1 1 H H „H H H H—C —C— H H Hv H H 1 1 0—C—C —H ' 1 1 H H ,H H H H —C — C-*0 H H H \ (c) Ethanol; hydrogens bonded to carbons, as seen in (c), (d), and (e), cannot form H-bonds because carbon is not electronegative enough. — -H-O-' . ----H-O'- HN H H H V 1 1 0—C—C—H u 1 1 ,'H H H (d) Ethanol dissolved in water. H o '-----H—0 H 1 // \ 1 H—C—C C—C—H | \ // | H O H 10 H (e) Acetic acid; pure acetic acid contains a high percentage of dimers (double molecules) held together by H-bonds between the -COOH groups. A /A H \ H u / H ' H «JV \F.« v> (f) Hydrogen fluoride forms zigzag chains. FIGURE 2.5 Examples of hydrogen bonding among different molecules. Příklady vodíkových vazeb mezi různými molekulami Unikátní vlastnosti vody způsobené přítomností vodíkových můstků -příklad BV: Sloučenina Vzorec Bod varu [°C] Dimethyleth er CH3-O-CH3 JO Methanol CH3-OH 56 Voda H20 100 M U NI RECETOX Vlastnosti vody Charakter molekul vody: Asociáty molekul vody mají přechodný charakter, jejich tvorba a rozbíjení závisí na změnách tepelné energie. Skupenství: 1) Plynné - molekuly jsou izolovány, vodíkové můstky nevznikají 2) Kapalné - cca 3,5 vodíkových můstků na molekulu vody - přiblížení molekul vody - nárůst hustoty 3) Pevné - 4 vodíkové můstky na každou molekulu vody - hexagonální uspořádání krystalické mřížky ledu (existuje řada dalších modifikací mřížky) - nárůst objemu o cca 9% oproti kapalné fázi M U íl T R E C E T 0 X Vlastnosti vody Vlastnosti vody Charakter molekul vody: 4) Vazba O-H má polárni charakter - polárni molekula H20 je polární rozpouštědlo - dobře rozpouští polární a iontové sloučeniny (podobné rozpouští podobné) -dochází k jejich disociaci, ionizaci nebo štěpení. Uvolněné ionty následně podléhají hydrataci - interakce ion - dipól. V případě polárních sloučenin je jejich rozpustnost ve vodě dána tvorbou vodíkových můstků. V přírodě voda obsahuje vždy příměsi, čistou je jen v okamžiku svého „zrodu" - při kondenzaci v atmosféře. MUNI RECETOX Vlastnosti vody Hydratace iontové sloučeniny - např. NaCI -interakce ion (Na+ a Cľ) -dipól H20 v O-H Na Cí Na Cl—H-O. Cf Na*CÍNa+ Na CI Na Cf Cl Na*CI Na*—0_ H I H-O O—H \ / H . H O-H / O-H / H Ci Hx / H \ /H O ! O H. Cl (aq) / O \ H Hv ,* H 9 o 11 H-0-Na---0^ H H NH Na (aq) Hydratace polárni sloučeniny - např. NH3 - H \ 0 1 H I Á tvorba vodíkových H Xl\ h--o/H o j. o N v / \ můstku ? i ? h H s°, H H-K ? M U NI RECETOX H H H Vlastnosti vody Charakter molekul vody: 5) Tvorba hydrátů - solí krystalizujících z roztoků hydratovaných kationtů a aniontů Voda je v hydrátech vázaná: a) slabou vazbou v krystalové mřížce, tzv. krystalová voda - kremičitany, hlinitany, atd. b) silnou donor-akceptorovou (koordinační) vazbou - např. hydrát Be H-O OH2 Be X \ hLO OH. -i 2+ SO, UNI RECETOX Vlastnosti vody MUNI RECETOX Vlastnosti vody - tepelné Tepelné vlastnosti vody: Trojný bod T-0,001 °C, p = 0,61173 kPa Rovnovážný stav kapalné, pevné a plynné fáze Kritický bod T = 374 °C, p = 22 140 kPa Látka se již vyskytuje pouze v plynné fázi. Zvýšením tlaku ji nelze zkapalnit UNI RECETOX Vlastnosti vody - tepelné Tepelné vlastnosti vody: Vysoká měrná tepelná kapacita - vysoká hodnota velká tepelná setrvačnost vody (zadržuje teplo) Látka (18 °C) Vliv na klima Voda Transport tepla (ústřední topení) Ethanol 2 460 Olej 2 000 Teplo Kyslík 917 Hliník 896 Část vnitřní energie, kterou Železo 450 systém vymění (přijme nebo Měď 383 odevzdá) při styku s jiným Stříbro 235 systémem, aniž by docházelo Platina 133 ke konání práce Zlato 129 M U NI RECETOX Vlastnosti vody - tepelné Tepelné vlastnosti vody Měrné skupenské teplo [J kg1] Tání (/ř) je teplo, které přijme 1 kg pevné látky, jestliže se při teplotě tání celý přemění na kapalinu téže teploty. Varu (/„) je teplo, které přijme 1 kg kapalné látky, jestliže se při teplotě varu celý přemění na plyn téže teploty. Kondenzace (lk) je teplo, které odevzdá 1 kg plynu, jestliže se přemění na kapalinu téže teploty. um Hliník 399 Hliník 10 500 Led 334 Železo 6 340 Železo 289 Voda 2 257 Ethanol 108 Ethanol 879 Zlato 64 Vodík 454 Rtuť 11,8 Rtuť 301 Vlastnosti vody - tepelné Tepelné vlastnosti vody Var - skupenská přeměna, při které se kapalina mění na plyn v celém svém objemu (ne pouze na povrchu jako při vypařování) Teplota varu (TV) - teplota, při které se právě vyrovná tlak par kapaliny s tlakem okolního plynu um Wolfram 5 500 Železo 2 750 Hliník 2 470 Rtuť 357 Voda 100 Ethanol 78,3 Vodík -253 Tv = 70 °C Tv= 118 -122 °C I RECETOX Vlastnosti vody - hustota Hustota p [kg m-3] Mění se s teplotou a tlakem Maximální hodnota 999,973 kg m-3 (minimálni objem) při T = 3,98 °C a p = 101,325 kPa 1010 10Q8 1 006 1004 1000 10 15 20 25 Závislost hustoty vody na teplotě při různých hodnotách tlaku 1000 T[°C] Závislost hustoty vody na teplotě při tlaku 101,325 kPa MU NT RECETOX Vlastnosti vody - viskozita Dynamická viskozita (h) - udává poměr mezi tečným napětím (t) a změnou rychlosti (u) v závislostech na vzdálenosti (z) mezi sousedními vrstvami proudící kapaliny (gradientu rychlosti) - charakterizuje vnitřní tření newtonovské kapaliny Newtonův zákon t = h * dm /dz h = [ N s m2], [Pa.s] dm /dz - gradient rychlosti - G (smyková rychlost g) (růst rychlosti ve směru na ní kolmém) t - tečné napětí Rychlostní profil toku v kapalině mezi nepohyblivou a pohybující se deskou 24 Define footer - presentation title / department MUNI RECETOX Vlastnosti vody - viskozita Kinematická viskozita (v) (součinitel kinematické viskozity) - podíl dynamické viskozity (ti) a hustoty kapaliny (p) Viskozita je látkovou charakteristikou, její hodnota závisí na teplotě a tlaku. Viskozita kapalin klesá s teplotou a roste s tlakem (s výjimkou nízkých teplot) 0.0Q16 -0.00+6 -\ 0.0014 - \ \ v ---dynamická viskozít 7 ---klrremancká \nskozila ľ Ji «t 0,0012 - \ \ \ _s 0.0O1O -É =. o.ooao -t? \ \ 0.00» - n.mod -0.0002 - ----- 0 10 20 30 ťO 60 70 BD 90 11)0 Závislost dynamické a kinematické viskozity vody na teplotě Látka (18 °C) Voda 1,06* 10"6 Benzen 7,65*106 Benzín 7,65* 10-7 Glycerin 1,314* 10"3 Chloroform 3,89*10"6 Nitrobenzen 1,72*105 Topný olej 5,2*10-5 Motorový olej 9,4*10-5 Rtuť 1,16 *107 Petrolej 2,06*106 )X Vlastnosti vody - proudění Proudění tekutin Laminární (vrstevnaté) -částice kapaliny se pohybují v paralelních drahách Turbuletní - nepravidelný a neuspořádaný pohyb částic kapaliny, časové a prostorové fluktuace vektoru rychlosti, uvnitř proudu dochází k míchání Vlastnosti vody - proudění Kritérium charakteru proudění - Reynoldsovo číslo Re < 2 320 - laminární (kruhovém potrubí) Re > 4 000 - turbuletní (v kruhovém potrubí) Re = v * L / v Kde: v = charakteristická rychlost, např. průřezová L = charakteristická délka, např. průměr potrubí v = kinematická viskozita —i- Fyzikálně-chemické vlastnosti vody funkce vody v organismu Velké povrchové napětí Solvatační (hydratační) obal Shluk molekul vody okolo polárních molekul, iontů a smáčivých povrchů 1 nebo více vrstev - zvýšená hustota, jiné mechanické vlastnosti Vysoká měrná tepelná kapacita Tepelně stabilizační funkce - zpomaluje ochlazování i ohřívání ^ Odpařování vody => termoregulační ochlazování Vlastnosti vody - povrchové napětí Povrchové napětí 1) Síla, která působí ve směru tečny k povrchu na úsečku jednotkové délky - mezifázové napětí v systémech kapalina/plyn 1) Efekt, při kterém se povrch kapalin snaží minimalizovat svou plochu, resp. zaujmout energeticky nejvýhodnější stav (pokud by na kapalinu nepůsobily vnější síly, měla by kulovitý tvar) MU N I RECETOX Vlastnosti vody - povrchové napětí Povrchové napětí Y=dF/dl [N.m-1] Kde: dF - přírůstek elementární kohézni síly působící ve směru tečny k povrchu kapaliny (koheze - soudržnost látky - působení přitažlivých sil mezi molekulami látky) dl - úsečka procházející povrchem kapaliny y = f(druh kapaliny nebo plynu a T) Aceton 23,3 Benzen 28,9 Ethanol 22,55 N-hexan 18,4 N-pentan 16,0 Rtuť 476 Voda 72,75 MU N I RECETOX Vlastnosti vody - povrchové napětí Příčiny povrchového napětí 1) Přitažlivé interakce (síly) mezi molekulami tekutiny - jsou silnější než síly mezi molekulami plynu nebo molekulami kapaliny a plynu 2) Změna v symetrii částic kapaliny na povrchu ve srovnání s vnitřkem kapaliny a vnitřkem plynu Povrchové napětí působí v rovině povrchu, ne kolmo k němu Mýdlo, saponáty - snížení přitažlivých interakcí mezi molekulami vody - snížení povrchového napětí- projevuje se tvorbou pěny M U N I I R E C E T 0 X Vlastnosti vody - povrchové napětí Povrchové napětí v praxi Styk kapaliny se vzduchem 1) Kapky vody 2) Vzduchové bubliny ve vodě -kulový tvar 3) Mastnota na hladině - ropná skvrna o V beztížném Kapka na skle stavu Padající kapka M U NI RECETOX Povrchové napětí a jeho biofyzikálni význam Fázové rozhraní = hraniční vrstva mezi dvěma fázemi nerovnoměrné působení kohezních sil -► povrchové napětí a. Síla F působící rovnoběžně s povrchem kapaliny na délkovou jednotku I myšleného řezu. Plošná hustota povrchové energie E (energie uvolněná zmenšením povrchu na nulu) a = F/l = E/S [N.nr1 = J-nv2] Práce potřebná k překonání kohezních sil při zvětšování povrchu kapaliny Závislé na teplotě - s rostoucí teplotou klesá slábnutí kohezních sil Snaha o nejmenší povrch - koule Povrchové napětí a jeho biofyzikálni význam ^ Způsobuje tlak uvnitř kapaliny - při rovné hladině malý - zvětšuje se zakřivením ^> Youngův-Laplaceův vzorec: Ap = 2a/r r = poloměr křivosti hladiny ^ Jevy u stěny nádoby ^> Podle poměru kohezních a adhezních (přilnavých) sil - adheze > koheze - kapalina smáčí povrch konvexní - kapilární elevace - vysoušení porézními hmotami - koheze > adheze - kapalina nesmáčí povrch => konkávni - kapilární deprese Vlastnosti vody - povrchové napětí Styk kapaliny s pevnou stěnou Kombinace přitažlivých interakcí mezi molekulami kapaliny (kohézni síly) a mezi povrchovými molekulami kapaliny a stěny (adhezní síly) - adheze (vzájemná přilnavost dvou různých látek). MU N I RECETOX Vlastnosti vody - povrchové napětí 1) Nelpící kapalina - kapilární deprese a vypouklý meniskus Adheze < koheze Pokles hladiny kapaliny v kapiláře pod hladinu kapaliny v nádobě (např. Hg ve skleněné kapiláře) R Kde: h = rozdíl hladin kapaliny v široké nádobě a kapiláře Pa a Pb jsou hustoty fází A a B y = mezifázové rozhraní g = tíhové zrychlení r = poloměr menisku R = poloměr kapiláry © = úhel smáčení (90° > 0 > 180°) A / M U NI RECETOX Vlastnosti vody 2) Lpící kapalina - kapilární elevace a vydutý meniskus Adheze > koheze Vzestup kapaliny v kapiláře nad hladinu kapaliny v nádobě r R Kde: h = výška sloupce kapaliny v kapiláře P a a Pb jsou hustoty fází A a B Y = mezifázové rozhraní g = tíhové zrychlení r = poloměr menisku R = vnitřní poloměr kapiláry 0 = úhel smáčení (0° > 0 > 90°) dobře smáčející kapalina R R : (a) dokonáte smáčející kapa! i na R r o - o (b) UNI R E C E T 0 X Vlastnosti vody - povrchové napětí Vliv teploty na povrchové napětí Klesá s teplotou a při kritické teplotě je nulové Etvôsôva rovnice - závislost povrchové napětí na teplotě 7' íM}213 _^ /r-empirická konstanta = k-(Tc-T) pf _ hustota kapaliny 1 Tc - kritická teplota T- teplota M- molární hmotnost kapaliny (směsi) Pro vodu v rozmezí 7= 0 až 30 °C byl odvozen interpolační vztah (Tje teplota ve °C): y = 75,621 - 0,15 - T -1,0266 -10^ - T' UNI R E C E T 0 X Povrchově aktivní látky Tenzidy ^ Hydrofobní a hydrofilní část -► usazují se na fázovém rozhraní -► jeho obohacení oproti objemu -► změna kohezních sil -► pokles o Malé ionty ^> V objemu jsou o málo víc než na povrchu -► zvýšení o Povrchová koncentrace (adsorpce) l~ Látkové množství v jednotkové ploše rozhraní Gibbsova adsorpční rovnice T = -c / R * T * Aa/Ac ->Aa= - ľ * R * T * Ac/c Emulgátory ^> Rozbíjení kapek tuku ve vodě -► překonání povrchového napětí ^> Tenzid napětí snižuje -* usnadňuje emulgaci ^> Žlučové kyseliny, bílkoviny v mléce, ... Vlastnosti vody - disociace vody Disociace (autoprotolýza) vody: 2 H20 (I) ±5 H30+ (aq) + OH" (aq) Voda má amfoterní charakter - chová se jako kyselina i zásada Rovnovážná konstanta: K= [H30+] * [OH] / [H20]2 (3,23* 1018) Iontový součin vody: Kv = [H30+] * [OH] - závislý na T, při T = 25 ° C Kv = 1,2 * 1014 mol2 I"2 Pro chemicky čistou vodu platí [H30+] = [OH], Kv = [H30+]2 [H30+] = Kv1/2 = 10"7 mol I"1 [H30+] = [OH] = 10"7 mol t1 M U ľ JI RECETOX Fyzikálně-chemické vlastnosti vody, funkce vody v organismu Autoprotolýza vody 10-7 moľ1 OHaH30+ Voda v organismu • v těle asi 80%-53% podle věku • volná x vázaná voda (solvatační obaly, hydrofilní povrchy) Funkce: > Rozpouštědlo, vznik elektrolytu -► vedení proudu, biomembrány > Prostředí reakcí > Reaktant i produkt mnoha reakcí (hydrolýza, hydratace,...; dýchací řetězec) > Umožňuje transportní procesy - tělní tekutiny (difúze, makroskopický transport) > Termoregulace - dobrá tepelná vodivost, vysoká kapacita > Hydratační obaly -► stabilizace biopolymerů a funkčních molekulárních struktur Vlastnosti vody - pH pH vody (potential of hydrogen) - Vyjadřuje koncentraci H30+ iontů pH = - log [H30+] Kyselé roztoky - převládají H30+ ionty, protože [H30+] > 107 mol ľ1 a [OH]< 10-7 mol ľ1 Zásadité roztoky - převládají ionty OH", proto[OH] > 10"7 mol.l-1 a [H30+]< 107 mol h1 Výsledné Kv je stále 1014 mol2 ľ2 í* (on íoncentratäon Examples of Solutions O0 - o-1 — o-2 — o-3 — o - — Crs — O""" - G"7 — o-8 — 0-to _ Q-I1 - ■12 pH Value - O - Hydrochloric acid f O' — 1 - — 2 - — 3 - — 4 - — s ■ - 6 ■ — 7 - — 8 ■ - 9 ■ -IO — j: —12 -13 - \4 Stomach acid t Lemon juice Vinegar, cola, beer 1 Tomatoes Black coffee Normal rainwater Urine SaJiva Pure water Blouci Sea water Baking soda Great Satí Lake Milk of magnesia Household ammoniai Household bleach t Oven cleaner t Sodium hydroxide 1 Základy geochemie vody Kyseliny, báze, soli Silné kyseliny a báze Slabé kyseliny a báze konstamy"6 H2S04 = 2 H+ + S042~ H^°' ~ * + HC0; [řť-][HCQ3-] K .L| - - hco3- ** h+ + co*- [H£C03] Plyny C02(ai) + h£0 <=> h£C03 Pravidla pro rozpustnost „Podobné rozpouští podobné." Látky, které se rozpouští ve vodě mají podobnou „molekulární strukturu" jako voda. Karbonátový systém Nejdúležitéjší rovnováha The equilibria among only the carbon species (omitting the H+ species) are C02(gas, atm) ~ C02(aq) <-► H2C03(aq) HCO3 (aq) H COf (aq) (3.16) These dissolved carbon species are sometimes referred to as dissolved inorganic carbon (DIC). h£03 * h+ + HC03" [h"][HC03-] HC03" * * h+ + C03 [Hp03] [h*][C03^] [hcos-] Rozpustnost Ropné látky CHg—CHg-CHg-CH2_CHg-CHg-CHg Umělé hmoty (polystyren) H-C — Chfc H-C — Halit (NaCI) H H ;.c.........mí...... H H H H oiiiiiiiii Kyselina octová Ethanol HjC- -c- HjC-C-OH Ethylenglykol h^C-Chfc OH OH Karbonáty CaCo3(s) <=> Ca2*" + CO^ Kíp = [Ca*4"] pO/-] = AA1 x 10 ■OH H Oxidace a redukce Redox pe = - log ae- Feaa3+ + e- = Fe 2+ 'og K = log [Fe2+] / [Fe3+] + ps AG = - nF DE Pe = log K - log [Fe2+] / [Fe3+] AG = DG° + RT In P Pe° = log K a obecně pe° = 1/n log K E = E° - RT/nF In P Pe = pe° - log [Fe2+] / [Fe3+] E = E° + RT/nF In aox/ared ps = F Eh / (2,303 RT) E = E° + 0,0592/n log aox/ared vysoké pe - oxidační podmínky nízké pe - redukční podmínky K = [Fe2+] / {[Fe3+] [e-]} pe vody v rovnováze se vzduchem je + 13,58 Oxidace a redukce Oxidační stav je důležitý Hg, HgCH3+, Hg(CH3)2 methylrtuť je mnohem toxičtější než ryzí Hg Crvl je mnohem toxičtější než ostatní formy (Cr111'lv) Oxidační stavy ve sloučeninách pE diagram ukazuje nejstabilnější formy v určitém vodném prostředí H vždy1 + 0- 0 vždy 2" i— •« alkalické kovy vždy 1 + 01 CJ -4 — alkalické zeminy vždy 2+ d O -B- Dusík O -12- N25 NH35 N02-5N03- —1 Síra H2S5 s5 so25 so35 so32-5 so42- Uhlík CH45 CH205 C, CO, C02 NH4+ M03- i i i ft \ N02" _1_ i i 1 1 4 PE a 12 16 Oxidace a redukce -NO," +H4" + e" <=» i NO," + -Hfi 2 2 2 14 11 -NO," + — H* + e" *=» — NHj* + -H,0 6 2 3 6 J 3 1 + 14.15 + 15.14 Ve vodném prostředí často závisí forma určité látky pH a ps s protony: pew = pe°+ log [H+]n = pe° - nx7 (pro pH = 7) -NO," + -H* + e" ** -NH/ + -H,0 8 4 S3 1 Reactant pE = pE° + —log; + 14.90 n Products NOs-/N02- pE = 14.15 + logťN°3 ^ í^te) = +14 15 - pH N02-ÍNH/ pE = +15.14 + l0g(H°2")''(h^3(o = +15H_ipH (NH/)5(H20)' 3 I I i I i I I I I I I 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 NO," I NH/ pE = +14.90 + logťH°3")S f**^ > = +14.90 - - pH (NH/)š(H20)š 4 PH Oxidace a redukce -C05 + H + e" -CH, + -H20 pE° = +2.87 4 7 10 _ 1 _ L _ L _ 1 1 i i i i i i i i _ i i i S042- 1 " T ~ 1 i ' C02 HCOj S ; i i i 1 7 ~ -H2S HS" [ CH4 ~ i 1 1 1 4 7 10 I 4 f 1 7 10 PH Eh-pH a pe-pH diagramy Eh-pH 1/2 02(g) + 2e- + 2H+(aq) -> H20 Eh = Eh° + 0,0592/2 log {[p02]1/2 [H+]2} / [H20] Eh = Eh° + 0,0592/2 log [p02]1/2 + 0,0592 log [H+] Eh = Eh° + 0,0592/2 log [p02]1/2 - 0,0592 pH ps-pH K = [H20] / {[p02]1'2 [e-]2 [H+]2} log K = log [H20] - 1/2 log p02 + 2 pe + 2 pH pro 25°C, 0,1 MPa: log K = 41,56 ps = 20,78 - pH Fog Regimes in contact with The atmosphere \02 H20" Oceans ~" v Aerated \ ^"■--^saline waters^. 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 ■20 důlní srážky tokv Pň. oceánv spodní^*©- sä1'"™ O^S iezera močály pudy s vodou ^^Žj^-^ ora salinni "2 ---.Walerlogged """-•^--^oils Ground watery ""O«-.^ Grgariic-rich\ """-y*'--. saline waters ) Regines isolated / ---- from the atmosphere —^ _l_I_I_ 5 10 pH 6 8 10 12 14 pH