Окисление и восстановление.

Окислительно-восстановительные процессы чрезвычайно характер­ны для земной коры, во многих системах они имеют ведущее значе­ние. Окислителями могут быть все элементы и ионы, способные прини­мать электроны, а восстановителями – отдавать их.

Важнейший окислитель – кислород (O₂, H₂O₂ и др.). Это связа­но как с его высоким кларком, так и с химической активностью. К важным окислителям относится S (в форме SO₄^2-), C (CO₂), N (NO₃^-, NO₂^- и др.), Fe (Fe³⁺), Mn (Mn⁴⁺, Mn³⁺). Менее велика роль Ti (Ti⁴⁺), V (VO₄^3- и др.), Cu (Cu²⁺), Cr (CrO₄^2-, Cr³⁺), ещё меньше (в связи с низким кларком) U (U⁶⁺), Mo (Mo⁶⁺) и совсем ничтожна – Se (Seº, SeO₃^2-, SeO₄^2-) и других рассеянных элементов.

Самый сильный восстановитель – «гидратированный электрон» – ē·H₂O, который образуется, например, при радиолизе воды. Сильным восстановителем является и атомарный водород. Другие важнейшие восстановители: H₂, H₂S, CH₄, CO, различные органические соединения, Fe (Fe²⁺), Mn (Mn²⁺, Mn³⁺) и т. д.

Окисление обязательно сопровождается восстановлением, но в геохимии принято говорить отдельно об окислении и о восстановле­нии. Так, в зоне окисления сульфидных месторождений происходит окисление S, Fe, Cu. При этом восстанавливается O₂, но это, однако не нашло отражения в наименовании процесса.

Каждая система может быть охарактеризована по уровню окисленности (восстановленности) среды. Говорят об окислительной среде, слабоокислительной, резко восстановительной и т. д. С этой целью для водных растворов используют количественный показатель – окис­лительно-восстановительный потенциал Eh, измеряемый в вольтах. Для магмы используются парциальное давление кислорода и его лету­честь. Окислительно-восстановительные условия можно характеризовать и по содержанию в системах ведущих элементов, ионов и соединений, таких как O₂, CO, Fe²⁺, Fe³⁺, H₂S и др. С этих позиций можно вы­делить следующие окислительно-восстановительные обстановки мигра­ции:

1. Ультраокислительная – Cr⁶⁺, V⁵⁺, Tl³⁺, Mn⁴⁺, Fe³⁺, Co³⁺, Se⁶⁺, U⁶⁺, Mo⁶⁺, N⁵⁺, Cu²⁺ (щелочные почвы сухих степей и пустынь, содовые озёра).

2. Окислительная – Fe³⁺, Mn⁴⁺, U⁶⁺, Cu²⁺ (океаны, реки, озёра).

3. Слабоокислительная – Fe³⁺, Mn²⁺, Mo⁶⁺, U⁶⁺, Cu²⁺ (многие тре­щинные воды скальных пород).

4. Слабовосстановительная – Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺ (магма).

5. Восстановительная – Fe²⁺ (гидротермы с H₂S, сероводород­ные илы морей и солёных озёр, породы Луны, болота тайги, тундры).

6. Ультравосстановительная – Fe⁰, возможно, Si⁰ (земное ядро, нижняя мантия, железные и каменные метеориты).

При изменении окислительно-восстановительных условий возника­ют геохимические барьеры, для которых характерна концентрация мно­гих элементов с переменной валентностью (в том числе рудообразование). Например, при резком увеличении окисленности среды формируется окислительный барьер, для которого характерна концентрация Fe, Mn, Co, S, Se.