什么是氧化還原電位

　　氧化還原電位(Eh)是一個描述介質(zhì)氧化還原性質(zhì)相對程度的化學(xué)參數(shù),根據(jù)Eh值可以直觀的比較介質(zhì)氧化還原性的強(qiáng)弱。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的什么是氧化還原電位，歡迎閱讀。

　　什么是氧化還原電位

　　氧化還原電位就是用來反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化-還原性。氧化還原電位越高，氧化性越強(qiáng)，電位越低，氧化性越弱。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，為負(fù)則說明溶液顯示出還原性。

　　氧化還原電位解釋

　　氧化還原電位 oxidation-reduction potential，redox potential 不論反應(yīng)形式如何，所謂氧化即失去電子，所謂還原即得到電子，一定伴有電子的授受過程。當(dāng)將白金電極插入可逆的氧化還原系統(tǒng)AH2 A 2e 2H 中，就會將電子給與電極，并成為與該系的還原能力大小相應(yīng)電位的半電池。將它與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組合所測得的電位即為該系的氧化還原電位。氧化還原電位值Eh是由氧化型 H2 還原型的自由能(或平衡常數(shù))，pH，氧化型與還原型量的比[ox]/[red]等因子所決定，并得出下式：

　　(R是氣體常數(shù)， T是絕對溫度，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，n是與系的氧化還原有關(guān)的電子數(shù))。E′是氧化型和還原型等量時的Eh。在pH為F時稱為標(biāo)準(zhǔn)電位是表示該系所特有的氧化還原能力的指標(biāo)。將Eh對應(yīng)還原率做成曲線圖，則得以E0為對稱點(diǎn)的S型曲線。Eh高的系能將Eh低的系氧化，當(dāng)兩者的Eh相等時則達(dá)到平衡。但是，這只是在熱力學(xué)上所出現(xiàn)的現(xiàn)象。

　　氧化還原電位應(yīng)用

　　實(shí)際上，特別是對大多數(shù)生物學(xué)上的系統(tǒng)來說，如不加酶和電子傳遞體，就不會發(fā)生可認(rèn)出的反應(yīng)。氧化還原電位除能直接對電位測定外，尚可根據(jù)平衡常數(shù)的計(jì)算，使用氧化還原指示劑求得。一般生物體內(nèi)的電子傳遞是從氧化還原電位低的方向朝高的方向，例如，有以NAD→黃素酶→細(xì)胞色素C系→O2這樣的方式進(jìn)行的傾向，但也有因酶的特異性及其抑制而不按這種方式進(jìn)行的，由于反應(yīng)成分的濃度，也有可能標(biāo)準(zhǔn)電位低的系統(tǒng)將高的系統(tǒng)氧化的情況。在生物體的氧化還原系統(tǒng)中，多酚類和細(xì)胞色素C、a等是在 200-300mV附近，細(xì)胞色素b和黃素酶在 0—-100mV，在-330mV位置的是NAD，在-420mV位置的是鐵氧化還原蛋白。在活細(xì)胞中，好氧性的細(xì)胞電位高，厭氧性的電位低，酶的活性和細(xì)胞同化能力以及微生物的生長發(fā)育等也有受氧化還原電位影響的情況。

　　電位測定

　　測定意義

　　對于一個水體來說，往往存在多種氧化還原電對，構(gòu)成復(fù)雜的氧化還原體系。而其氧化還原電位是多種氧化物質(zhì)與還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)的綜合結(jié)果。這一指標(biāo)雖然不能作為某種氧化物質(zhì)與還原物質(zhì)濃度的指標(biāo)，但有助于了解水體的電化學(xué)特征，分析水體的性質(zhì)，是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)。

　　測定方法

　　以鉑電極作指示電極，飽和甘汞電極作參比電極，與水樣組成原電池。用電子毫伏計(jì)或通用pH計(jì)測定鉑電極相對于飽和甘汞電極的氧化還原電位，然后再換算組成相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的氧化還原電位作為報告結(jié)果。

　　計(jì)算式： Ψn = Ψind + Ψref

　　式中： Ψn ——被測水樣的氧化還原電位，mV;

　　Ψind ——實(shí)測水樣的氧化還原電位，mV;

　　Ψref ——測定溫度下飽和甘汞電極的電極電位，mV，可從物理化學(xué)手冊中查到。

　　氧化還原電位注意事項(xiàng)

　　水體的氧化還原電位必須在現(xiàn)場測定。

　　氧化還原電位受溶液溫度、pH及化學(xué)反應(yīng)可逆性等因素影響。

　　氧化還原電位及其實(shí)際意義

　　氧化還原電位是水質(zhì)中一個重要指標(biāo)，它雖然不能獨(dú)立反應(yīng)水質(zhì)的好壞，但是能夠綜合其他水質(zhì)指標(biāo)來反應(yīng)水族系統(tǒng)中的生態(tài)環(huán)境。

　　什么是氧化還原電位呢?在水中，每一種物質(zhì)都有其獨(dú)自的氧化還原特性。簡單的，我們可以理解為：在微觀上，每一種不同的物質(zhì)都有一定的氧化-還原能力，這些氧化還原性不同的物質(zhì)能夠相互影響，最終構(gòu)成了一定的宏觀氧化還原性。所謂的氧化還原電位就是用來反應(yīng)水溶液中所有物質(zhì)反應(yīng)出來的宏觀氧化-還原性。氧化還原電位越高，氧化性越強(qiáng)，電位越低，氧化性越弱。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，為負(fù)則說明溶液顯示出還原性。

　　我們的過濾系統(tǒng)，除去反硝化，實(shí)際都是一種氧化性的生化過濾裝置。對于有機(jī)物來說，微生物通過氧化作用斷開較長的碳鏈(或者打開各種碳環(huán))，再經(jīng)過復(fù)雜的生化過程最終將各種不同形式的有機(jī)碳氧化為二氧化碳;同時，這些氧化作用還將氮、磷、硫等物質(zhì)從相應(yīng)的碳鍵上斷開，形成相應(yīng)的無機(jī)物。對于無機(jī)物來說，微生物通過氧化作用將低價態(tài)的無機(jī)物質(zhì)氧化為高價態(tài)物質(zhì)。這就是氧化性生化過濾的實(shí)質(zhì)(這里我們只關(guān)心那些被微生物氧化分解的物質(zhì)，而不關(guān)心那些被微生物吸收、同化的物質(zhì))?？梢钥吹剑谏^濾的同時，水中物質(zhì)不斷被氧化。生化氧化的過程伴隨著氧化產(chǎn)物的不斷生成，于是在宏觀上來看，氧化還原電位是不斷被提高的。因此，從這個角度上看，氧化還原點(diǎn)位越高，顯示出水中的污染物質(zhì)被過濾得越徹底?；氐轿覀兪冀K關(guān)注的一個焦點(diǎn)——無機(jī)氮上，從無機(jī)氮的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化過程就能很容易看出氧化還原點(diǎn)位所表征的意義。無機(jī)氮的來源是有機(jī)氮，比如蛋白質(zhì)(氨基酸縮聚物)、雜環(huán)化物(碳、氮共同構(gòu)成的環(huán))、重氮、偶氮化物(含有氮-氮三鍵和氮-氮雙鍵的物質(zhì))等。由于這些有機(jī)氮都是還原性的(這些物質(zhì)的化學(xué)鍵不飽合或者不夠飽和，鍵能不夠大，能夠與氧形成更飽和、更穩(wěn)定的化學(xué)鍵，因此認(rèn)為他們具有還原性)，容易被氧化，因此顯示出較低的氧化還原電位。經(jīng)過氨化細(xì)菌的氧化作用，有機(jī)氮被轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮。由于，氨、亞硝酸和硝酸的氧化性是逐漸增強(qiáng)的，隨著硝酸的產(chǎn)生，氧化還原電位將被顯著提高。我們都知道，硝酸是一種氧化性很強(qiáng)的酸，如果水溶液中大量存在硝酸，那么有機(jī)碳是很難存在的，這就是說，較高的氧化還原電位表征出水溶液中有機(jī)物被分解得較為完全。

　　但是，氧化還原電位是多種物質(zhì)共同影響的。硝酸根離子在不同的酸堿度下顯示出來的氧化性是完全不同的，酸性越強(qiáng)，氧化還原電位越高，反之則越低。換句話說，同樣的水質(zhì)，通過改變氫離子濃度就能夠改變其氧化還原電位。這說明我們不能僅用氧化還原電位來簡單的說硝酸根離子濃度或者說水質(zhì)的好壞。或者說氧化還原電位的高低并不是水質(zhì)好壞的比較標(biāo)準(zhǔn)，氧化還原電位并不能單獨(dú)用于表征水質(zhì)好壞，只是一個參考標(biāo)準(zhǔn)。

　　那么我們?nèi)绾蝸砜囱趸€原電位的實(shí)際意義呢?總結(jié)下來，可以有下面幾種情況：

　　1. 間接反映水中硝酸等物質(zhì)的濃度積累程度。在魚缸中，水質(zhì)是相對穩(wěn)定的，隨著生化過濾的不斷進(jìn)行，氧化態(tài)的不斷提高，溶液的氧化還原電位是不斷提高的。這個點(diǎn)位的提高與水中高價態(tài)的無機(jī)離子濃度的積累是正相關(guān)的。換句話說，在穩(wěn)定的水質(zhì)中，在外界不提供其他無機(jī)離子的狀況下，我們能夠由氧化還原電位簡單的估計(jì)出硝酸等物質(zhì)在水中積累的程度。

　　2. 監(jiān)測過濾中微生物的氧化效率。上面提到，我們的過濾一般都是處在氧化過濾狀態(tài)，不斷提高水溶液的氧化還原電位。實(shí)際上，微生物就是利用自己獲得的能量，維持自身及周圍環(huán)境在較高的氧化還原電位上。因此，過濾中的水能夠維持在一個較高的氧化還原電位環(huán)境上，通過監(jiān)測過濾中的點(diǎn)位，我們可以間接的了解到過濾的效率。反過來，如果使用到一些還原性的過濾系統(tǒng)，比如反硝化過濾。實(shí)際上這些細(xì)菌就是需要處在較低的氧化還原電位上才能將硝酸還原，那么我們也可以通過氧化還原電位來估計(jì)反硝化是有足夠的條件存在。一般來講，正常的反硝化需要維持氧化還原電位在-200至-400之間，微生物才能獲得足夠的氫來還原硝酸。

　　3. 反映出水中某些無機(jī)物的濃度和水生生物狀態(tài)。在一些情況下，我們需要維持水中一些無機(jī)物的濃度，比如草缸需要不斷補(bǔ)充二氧化碳。我們知道，二氧化碳實(shí)際上就是碳的最高氧化態(tài)，無論什么形式的碳，在被氧化后最終都是形成穩(wěn)定的二氧化碳。因此我們可以在水中通過氧化還原電位來顯示這種具有碳原子最高氧化態(tài)的物質(zhì)的濃度。換個角度來看這個問題：草缸中，植物通過二氧化碳的吸收來釋放氧氣，而

　　光線就是二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣的催化劑。在光照基本維持恒定的情況下，二氧化碳濃度越高，氧氣就釋放得越多。水中較高的溶解氧則顯示出較高的氧化還原電位。因此還我們可以從氧化還原電位來看出水生植物釋放氧化性物質(zhì)的效率。

　　實(shí)際上，氧化還原點(diǎn)位能夠反映出很多很多水質(zhì)問題以及由此帶來的水生生物狀態(tài)變化。只要對這個物理化學(xué)定義有一定的了解，我們就能簡單的利用儀器來獲取很多看不到的信息。

　　微生物分為好氧微生物、嚴(yán)格厭氧微生物、兼性厭氧微生物、兼性好氧微生物 好氧微生物的定義就是：能夠在有氧氣的地方很好的生長，而且當(dāng)缺少氧氣時其生長就會受阻。

　　同樣理解厭氧微生物、兼性微生物。

　　氧化還原電位主要受環(huán)境中氧的影響，同時也受環(huán)境的pH值以及環(huán)境中的具有氧化還原性質(zhì)物質(zhì)的影響。

　　一般，好氧微生物在氧化還原電位為正時都能生長，而厭氧微生物要求氧化還原電位為負(fù)值，其中嚴(yán)格厭氧微生物要求氧化還原電位在-400mV以下