L ỜI CẢM ƠN
2.4. SẮT VÀ SỰ CHUYỂN HÓA CỦA SẮT TRONG MÔI TRƯỜNG
Ở điều kiện pH và pE thích hợp trong nước, các hợp chất Fe3+
giảm rất rõ rệt, trong khi đó các hợp chất Fe2+ do tạo thành liên kết phối trí với các tác nhân vòng lại rất bền. Các phức chất sắt và các phản ứng trao đổi phối tử đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển oxi trong cơ thể sống, cụ thể là hồng cầu.
Trong dung dịch nước có độ axit cao, các ion Fe3+ hydrat sẽ tạo thành các cation Fe3+ mà biểu hiện là các phần tạo thành liên kết Fe-O. Sự phân cực hóa của liên kết ion trong phân tử nước sẽ tạo điều kiện cho sự phân hủy các proton, dẫn đến cân bằng phân ly sau:
[Fe(OH2)6(l)]3+ [Fe(OH2)5OH(l)]2+ + H+(l) [Fe(OH2)5OH(l)]2+ [Fe(OH2)4(OH)2(l)]+ + H+(l) Cation sắt (III) có thể tham gia quá trình oxi hóa:
Phản ứng trên rất phức tạp và là nguyên nhân gây nên quá trình khử proton hóa và khử hydrat hóa, dẫn đến hình thành cấu trúc oligo mà thành phần của nó phụ thuộc vào giá trị pH và hàm lượng sắt trong dung dịch. Một liên kết dưới dạng dung dịch hydroxit Fe3+
với độ polyme hóa cao xuất hiện như một sản phẩm cuối cùng. Dạng Fe(OH)3 mô tả thành phần về mặt gần đúng vì hệ số tỷ lệ của các kết tủa mới luôn luôn dao động. Trong quá trình lão hóa FeO(OH) tạo thành các polyme với cầu nối hydro và oxo. Trong quá trình thủy phân lại tiến hành qua các bậc trung gian có tính keo, có thể bền qua các phối tử hữu cơ (axit humic). Người ta cho rằng, vòng tuần hoàn của sắt qua sông ra biển với lượng 103 triệu tấn/năm, trong đó trên 95% ở dạng keo tụ phân tán với đặc tính hấp phụ.
Độ hòa tan Fe(OH)3 thấp hơn nhiều so với Fe(OH)2. Tương tự với các loại muối sắt, ví dụ như photphat sắt ở điều kiện yếm khí trong nước ngầm, lớp cặn lắng và đất đều có xu hướng chuyển hóa rất nhanh thành các ion sắt hoặc tạo các anion kết tủa qua Fe3+/Fe2+. Ngược lại, trong hệ thống bão hòa oxy thì nồng độ Fe2+ rất nhỏ.
Trong nước tự nhiên, nồng độ Fe3+ nói chung không cao. Đối với phản ứng: FeO(OH)(r) + 4 H2O + H+(l) [Fe(OH2)4(OH)2(l)]+
Với K=10-2,35
, nồng độ ion Fe3+ trong nước biển (pH=8,1) không lớn hơn 3.10-11mol/l.
Tiếp theo quá trình tạo phức do các phối tử hữu cơ và có xu hướng tạo keo thì hàm lượng sắt thực tế có thể từ 10-6 đến 10-8
mol/l.
Phạm vi tồn tại liên kết Fe2+ là khu vực phạm vi có tính khử cao của vỏ Trái Đất, nơi có chứa một lượng đáng kể FeS2. Trong quá trình phân hủy của FeS2 hoặc của các nguồn nhiên liệu hóa thạch có chứa FeS2 sẽ xảy ra phản ứng sau với sự có mặt của oxy và nước:
FeS2 + 3,5O2 + H2O Fe2+
+ 2SO42- + 2H+
Ion sắt trong điều kiện hiếu khí sẽ biến đổi thành ion Fe3+. Sự có mặt của ion Fe2+trong nước tự nhiên rất có ý nghĩa đối với sự có mặt của axit hoặc các chất hữu cơ.