Índice
Fundamentos de la medición redox
Antecedentes electroquímicos
El potencial redox indica en qué medida una sustancia puede liberar (oxidar) o absorber (reducir) electrones. Se mide en milivoltios (mV) y está directamente relacionado con la concentración de especies oxidadas y reducidas en la solución. La medición redox se basa en la ecuación de Nernst, que describe el potencial redox en función del potencial estándar y de las relaciones de concentración de los pares redox.
El potencial medido es un indicador del equilibrio electroquímico entre sustancias oxidantes (por ejemplo, oxígeno, cloro) y reductoras (por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, hierro (II)).
Métodos de medición y optimización en la práctica
Medición redox en línea
Los sistemas de medición redox en línea se utilizan en las plantas modernas para registrar continuamente los valores y transferirlos a los sistemas de control de procesos (por ejemplo, SCADA o DCS). Ventajas de estos sistemas:
- Supervisión en tiempo real y ajuste automático del proceso.
- Función de alarma para desviaciones de la consigna.
- Registro de datos para su análisis y optimización.
Calibración y mantenimiento
Para obtener mediciones precisas, los electrodos redox deben calibrarse y limpiarse periódicamente, ya que los depósitos (por ejemplo, de floculantes o sustancias orgánicas) pueden mermar la sensibilidad. Para comprobar la precisión del electrodo se utilizan soluciones de calibración con valores redox conocidos (por ejemplo, tampón de quinhidrona).
Componentes técnicos de la medición redox
Estructura de un electrodo redox
La medición redox se realiza utilizando un par de electrodos compuesto por:
- Electrodo de medida: Normalmente de platino u oro, ya que estos materiales son químicamente inertes y tienen una elevada conductividad eléctrica. El electrodo de medida interactúa con los pares redox de la solución y desarrolla un potencial proporcional al estado redox.
- Electrodo de referencia: Normalmente un electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) o de calomelano que proporciona un potencial de comparación estable.
- Dispositivo de medición: Convierte el potencial diferencial entre el electrodo de medición y el electrodo de referencia en un valor legible.
Funcionalidad
El principio de medición se basa en el hecho de que se establece un equilibrio electroquímico entre especies oxidadas y reducidas en la superficie del electrodo de medición. La tensión eléctrica resultante se mide y se muestra como potencial redox.
Importancia práctica de la medición redox en la tecnología del agua y las aguas residuales
1. desinfección
En el tratamiento del agua, el potencial redox se utiliza a menudo para controlar la desinfección, especialmente cuando se utiliza cloro, ozono o peróxido de hidrógeno. Un potencial redox elevado (por ejemplo, > 650 mV) indica un poder oxidante suficiente, necesario para eliminar gérmenes y agentes patógenos.
- Ejemplo de cloro:
Cuando se utiliza cloro, el potencial redox es un indicador del rendimiento de la desinfección. El cloro oxida los compuestos orgánicos y los microorganismos, lo que aumenta el potencial redox.
2. oxidación de contaminantes
El potencial redox se utiliza en la reacción de Fenton, en la que sales de hierro (II) y peróxido de hidrógeno reaccionan para producir radicales hidroxilo (OH-). Estos radicales oxidan los contaminantes orgánicos con gran eficacia.
- Objetivo típico: degradación de sustancias orgánicas difíciles de descomponer (por ejemplo, en aguas residuales farmacéuticas o químicas).
3. precipitación y reducción del cromo (VI) a cromo (III) con bisulfito sódico
La reducción de cromo (VI) a cromo (III) en aguas residuales industriales es un campo de aplicación especial para la tensión redox. El cromo (VI) es un metal pesado altamente tóxico y cancerígeno que aparece en muchos procesos, por ejemplo en el procesamiento de metales o el tratamiento de superficies. Para cumplir los límites legales, el cromo(VI) suele reducirse mediante bisulfito sódico (NaHSO₃).
Mecanismo de reacción:
El bisulfito sódico actúa como agente reductor que convierte el cromo (VI) en una solución ácida en la forma menos tóxica y más fácil de precipitar cromo (III).
- Los iones cromato (Cr₂O₇²- ) se convierten en iones cromo(III) (Cr³⁺) por transferencia de electrones.
- Los protones (H⁺ ) de la solución ácida favorecen la reducción.
- El cromo(III) resultante puede eliminarse del agua por precipitación en forma de hidróxido de cromo (Cr(OH)₃).
Control del potencial redox:
El potencial redox es un parámetro clave en este proceso, ya que refleja la eficacia de la reducción:
- Ein niedriges Redoxpotential (< +200 mV) zeigt an, dass genügend Reduktionsmittel vorhanden ist und die Reaktion in Richtung Chrom(III) verläuft.
- El aumento de los valores redox indica que la reducción es incompleta o que se requiere una dosificación adicional de bisulfito sódico.
Aplicación práctica:
En la práctica, el bisulfito sódico se dosifica en un entorno libre de oxígeno y muy ácido (pH 2-3) para garantizar una reducción eficaz y completa. El cromo (III) resultante se precipita como hidróxido de cromo insoluble elevando el pH a 7-9 y puede eliminarse por sedimentación o filtración.
Este proceso combina la dosificación de productos químicos, el control del potencial redox y los procesos de precipitación, y garantiza un tratamiento seguro y conforme de las aguas residuales.
4. tratamiento biológico de las aguas residuales
El potencial redox es un parámetro importante en el tratamiento biológico de aguas residuales, ya que refleja la actividad de los microorganismos:
- Procesos aeróbicos: Valores redox elevados (> 200 mV).
- Anaerobe Prozesse: Niedrige Redoxwerte (< -200 mV).
El control selectivo de la tensión redox ayuda a optimizar los procesos y a proteger el sistema de reacciones biológicas indeseables (por ejemplo, reducción de sulfatos o formación de metano).
Foto: Nuestro sistema CP ALMA CHEM MCW con dosificación de bisulfito sódico para la reducción de cromo VI
Factores que influyen en la tensión redox
Concentración de pares redox
Un cambio en la concentración de las especies oxidadas o reducidas provoca un desplazamiento del potencial redox. Un aumento de la concentración del agente oxidante (por ejemplo, ozono) incrementa el valor.
Valor pH
Como muchas reacciones redox dependen de los protones (H⁺), el valor del pH influye en el potencial redox. Por ejemplo, un medio alcalino desplaza las reacciones de oxidación del oxígeno.
Temperatura
Al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética de las moléculas, lo que incrementa la velocidad de reacción y, por tanto, el potencial redox.
Presencia de impurezas
Las sustancias orgánicas disueltas o las sales pueden influir en las reacciones redox oxidándose o reduciéndose ellas mismas o desencadenando reacciones secundarias.
Medición y control en la práctica
En las plantas industriales, la tensión redox se mide a menudo en línea utilizando electrodos robustos que se integran directamente en los flujos de proceso. Los valores medidos sirven de base para el control automatizado de la dosificación de productos químicos y de los procesos. Ejemplos
- Dosificación de agentes oxidantes: Adición óptima de cloro u ozono para la desinfección.
- Monitorización de reactores anaerobios: garantizar unas condiciones de proceso estables mediante la monitorización del nivel redox.
- Protección contra la corrosión en circuitos de refrigeración: Evitación de condiciones corrosivas mediante el control de la tensión redox.
Conclusión
La medición del potencial redox es un instrumento importante en el tratamiento de aguas y aguas residuales, ya que proporciona información fiable sobre los procesos de oxidación y reducción en un sistema. Ya sea para supervisar los procesos de desinfección, controlar la reducción de metales pesados u optimizar los reactores biológicos, el registro y el control precisos del potencial redox son cruciales para la eficacia y la fiabilidad de los sistemas modernos. Un buen conocimiento de la medición redox y de los factores que influyen en ella permite a los operadores e ingenieros organizar los procesos de forma estable y ahorrando recursos.
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