Phản ứng Ôxi hoá - Khử


Phản ứng oxy hoá khử của đất
Khái niệmvề phản ứng oxy hoá khử
Oxy hoá khử là quá trình diễn ra phổ biến trong
đất, đặc biệt là đất lúa nước. Quá trình này giữ
một vai trò quan trọng đối với độ phì nhiêu đất.
Oxy hoá là kết hợp với oxy hay mất hydro. Trái
lại khử oxy là mất oxy hay kết hợp với hyđro.
Quá trình oxy hoá khử cũng liên quan đến sự
chuyển dịch điện tử (electron)… Các chất oxy
hoá (ký hiệu là ox) là những chất nhận điện tử.
Quá trình chất oxy hoá nhận điện tử gọi là quá
trình khử. Các chất khử (ký hiệu là Red) là
những chất cho điện tử, quá trình chất khử cho
điện tử là quá trình oxy hoá. Cả hệ thống oxy
hoá khử ký hiệu là Redox.
Trong một phản ứng cụ thể chất oxy hoá và chất
khử tạo thành cặp oxy hoá khử và được gọi là
một hệ thống oxy hoá - khử trong đất.
Ví dụ:
Trong đất có các chất oxy hoá là O2, NO3-,
Fe3+, Mn4+, Mn3+, Cu2+ và vi sinh vật hiếu khí.
Những chất khử là H2, Fe2+, Mn2+, Cu+ vi sinh
vật yếm khí và các sản phẩm phân giải xác hữu
cơ trong điều kiện yếm khí. Tất cả các phản ứng
oxy hoá khử đều có sự tham gia của vi sinh vật.
Dù trong điều kiện oxy hoá hay điều kiện khử
oxy, chất hữu cơ vẫn được phân huỷ chỉ khác
nhau về tốc độ phản ứng và sản phẩm phân

giải:
Ảnh hưởng của trạng thái oxy hoá khử đến các
dạng sản phẩm
phân giải xác hữu cơ
Thành phần chất hữu cơ Sản phẩm oxy hoá
(ox) Sản phẩm khử (Red)

Cường độ oxy hoá khử được xác định bằng
điện thế oxy hoá khử, ký hiệu Eh, đơn vị là
milivon (mV), tính theo công thức:
Eh (mV) = Eo + 59/ n.lg (ox)/ (red)
Trong đó Eo là điện thế tiêu chuẩn, nghĩa là điện
thế phát sinh ở các điện cực nằm trong dung
dịch có chất oxy hoá và chất khử oxy nồng độ
1N và là hằng số với mỗi hệ oxy hoá khử.
Ví dụ:

Còn [ox] là nồng độ đương lượng của chất oxy
hoá
[Red] là nồng độ đương lượng của chất khử
Ví dụ: trong đất cụ thể nào đó có [Fe2+] = 0,1 N
và [Fe3+] = 0,001 N thì
Eh = 770 + 59 lg0,001/ 0,1 = 625 mV
Hiện nay để xác định Eh đất người ta thường
dùng các máy đo (Eh meter) cho kết quả nhanh
và chính xác hơn việc xác định nồng độ các
chất oxy hoá, khử.
Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hoá khử
+ Trong đất có thể chứa nhiều hệ thống oxy hoá
khử có nồng độ khác nhau nhưng Eh của đất sẽ

tương đương với trị số Eh của hệ thống oxy hoá
khử có nồng độ chất khử và chất oxy hoá cao
nhất.
+ Trong đất thoáng khí quá trình oxy hoá khử
trong đất được quyết định bởi nồng độ O2 tự do
trong không khí đất và O2 hoà tan trong dung
dịch đất. Nồng độ oxy trong không khí đất và
trong dung dịch đất càng cao thì Eh càng cao.
+ Ðộ ẩm đất: đất khô có quá trình oxy hoá mạnh
nên Eh cao, đất ẩm hoặc dư ẩm thì quá trình
khử mạnh nên Eh của đất thấp.
+ Cây trồng: Eh đất phụ thuộc và loại cây trồng,
mật độ cây. Eh xung quanh rễ cây cũng khác
nhau. Ví dụ: gần rễ cây lúa mỳ Eh giảm vì rễ cây
lúa mỳ tiết ra chất khử, gần rễ cây lúa nước Eh
tăng do rễ lúa tiết ra oxy.
+ Eh của đất có sự liên quan chặt chẽ với pH.
Nếu trong dung dịch đất có nhiều ion H+ sẽ diễn
ra quá trình:
2 H+ + 2e - = H2
Khi thay đổi 1 đơn vị pH thì Eh thay đổi từ 57-
59mV.
Klak đề nghị biểu thị điện thế oxy hoá khử trong
đất là rH2 theo công thức:
rH2 (mV) = Eh/ 30 + 2 pH
+ Các biện pháp canh tác:
- Luân canh cây trồng cạn với cây trồng nước
làm cho Eh thay đổi rất mạnh.
- Ðiều tiết độ ẩm đất làm cho Eh đất thay đổi.
- Cày sâu kết hợp với bón nhiều phân hữu cơ

làm cho Eh giảm, xới xáo đất làm tăng tính
thông khí thì Eh tăng.
- Phơi ải đất lúa làm cho Eh tăng.
- Mật độ cây trồng: rễ lúa nước tiết ra oxy làm
Eh của đất vùng xung quanh rễ tăng. Vì vậy lúa
nước cấy càng dày thì mật độ rễ càng cao, Eh
càng tăng và hàm lượng các chất khử càng
giảm.
Ý nghĩa thực tiễn của phản ứng oxy hoá khử
+ Ðiện thế oxy hoá khử là chỉ tiêu đánh giá tính
thông khí và tình hình cung cấp dinh dưỡng
trong đất. Các chất dinh dưỡng như NH4+,
NO3-, PO43-, SO42 được hình thành do tác
động của hệ vi sinh vật đất trong những điều
kiện cụ thể về pH, hoặc Eh nào đấy.
Ví dụ: khi pH = 7, Eh khoảng 400mV thì NO3- bị
khử mạnh thành NO2 cây không dùng được.
+ Các loại đất khác nhau có Eh khác nhau, trong
một phẫu diện Eh của các tầng khác nhau và
thường giảm theo chiều sâu. Eh phù hợp với
sản xuất nông nghiệp biến động trong phạm vi
200-700 mV (đất lúa nước từ 200-300mV). Eh
quá cao chứng tỏ quá trình oxy hoá trong đất
xảy ra mạnh. Mùn tiêu hao nhanh và một số
chất dinh dưỡng có thể bị cố định lại. Ngược lại
nếu Eh quá thấp nghĩa là quá trình khử diễn ra
mạnh, sinh ra một số chất độc như H2S, CH4
+ Khi thay đổi Eh sẽ dẫn tới sự thay đổi một loạt
trạng thái dinh dưỡng trong đất. Thí dụ: khi đổ
ải, đất chuyển từ trạng thái oxy hoá sang trạng

thái khử, Eh giảm mạnh. Lúc đó Fe3+ trong các
hợp chất bị khử thành Fe2+ (như Fe(OH)2 và
FeHPO4) làm đất giảm tính chua trong thời gian
khoảng 1 tháng, hàm lượng lân dễ tiêu tăng lên,
hàm lượng NH4+ cũng tăng (do chất hữu cơ
phân giải trong điều kiện yếm khí tạo ra NH4+)
đây là một quá trình có lợi vì cung cấp nhiều
dinh dưỡng cho cây.
Ðiều tiết phản ứng oxy hoá - khử
Eh của đất quá cao hay quá thấp đều không tốt,
để điều chỉnh Eh có nhiều biện pháp khác nhau:
+ Ðiều chỉnh độ ẩm đất, không để đất khô hạn
hoặc dư ẩm trong thời gian dài, làm cho quá
trình oxy hoá và khử diễn ra hài hoà:
- Luân canh cây trồng cạn - nước theo công
thức 2 lúa một màu (vụ đông)
- Rút nước phơi ruộng, làm cỏ sục bùn: Sau khi
trời mưa hoặc tưới nước cần rút nước xới phá
váng đất để đất được thoáng khí. Khi làm cỏ
phải sục bùn để oxy hoá những chất khử có tính
độc, chuyển chúng ra dạng không độc và tạo
bước nhảy vọt Eh để sau đó Eh giảm xuống sẽ
có tác dụng giải phóng chất dinh dưỡng như,
tăng NH4+, tăng lân dễ tiêu, giảm chua Vì thế
nhân dân ta có câu "Công cấy là công bỏ, công
làm cỏ là công ăn".
- Cày ải sau vụ mùa đối với đất chuyên trồng
lúa. Trong quá trình phơi ải sẽ khử các chất độc
như H2S, CH4, tăng cường phân giải chất hữu
cơ tăng nhiệt độ đất, tăng cường hoạt động của

các vi sinh vật hảo khí, tăng Eh. Khi đổ ải (cho
nước vào) Eh đất từ cao sẽ giảm xuống giải
phóng NH4+, P2O5 dễ tiêu, giảm chua do trong
đất sinh ra Fe(OH)2 và NH4OH và như vậy
đúng là "một hòn đất nỏ bằng một giỏ phân".
Mặt khác nếu đất được phơi ải triệt để thì lúc đổ
ải bừa rất dễ nên chất lượng làm đất sẽ rất tốt.
Ngoài ra phơi ải là quá trình oxy hoá hút nhiệt
nên lúc đổ ải sẽ toả nhiệt làm cho ôn độ đất tạm
thời tăng lên cũng có tác dụng nhất định trong
quá trình sinh trưởng của lúa mới cấy trong thời
tiết lạnh của vụ đông xuân.
+ Bón phân hữu cơ và bón vôi làm tăng kết cấu
đất, tăng độ tơi xốp của đất, đất thông khí tốt
thích hợp với cây trồng cạn. Bón vôi để thay đổi
pH ở đất chua vì pH ảnh hưởng đến Eh như đã
nói ở trên.
+ Bón phân hữu cơ làm giảm Eh, nếu làm cỏ xới
đất tiếp theo thì Eh không giảm đột ngột.