水酸化鉄（III）が還元されて二価の鉄イオンが生成される条件

水酸化鉄(Fe(OH)₃)からの二価鉄イオン(Fe²⁺)の溶出

　酸素のある海水中において、鉄イオン(Fe²⁺)は速やかに酸化されて、水酸化鉄(Fe(OH)₃など)の粒子として沈殿します。海底に堆積した水酸化鉄は、堆積物中で無酸素下におかれると還元されFe²⁺イオンとして溶出します。堆積物から直上水に出たFe²⁺は、比較的速やかに酸化されますが、酸化される前に、フミン酸などの高分子有機物と出会えば錯体を形成して、有機錯体鉄（Ⅱ）として溶存し続けることができます。このようにして直上水に供給され、有機錯体鉄として溶存する鉄が海洋の鉄循環にとって大事であると考えられています。本コースでは、堆積物中で水酸化鉄が溶解して、Fe²⁺として溶出する条件を求めます。

　水酸化鉄からFe²⁺が溶出する半反応式と各成分（1 molあたり）の標準生成ギブズエネルギーを以下に表します。

               　      Fe₍OH)₃   +   3 H⁺   +    e-   = Fe²⁺   +     3 H₂O   

G_F⁰ (kJ/mol)      －696.9        0          　　      －78.9       －237.18

生成形と原形の標準生成ギブズエネルギーの合計差⊿G_f⁰は、

⊿G_f⁰  = (3(－273.18)+(－78.9))－(－696.9) = －93.54×10³

この半反応式の標準電極電位E₀を計算します。

E₀ =－⊿G_F⁰ / (n・F)  = －(－93.54×10³) / 96485 / 1 = 0.969 (V)

　ネルンストの式を使って、あるFe²⁺濃度とpH（H⁺濃度）、温度（T = 273+25 K）を与えたとき、この半反応の酸化還元電位Eを求めます。

E = E₀　－RT/(F)・Ln {  [Fe²⁺] / [H⁺]³ }

  =  0.969 － 0.024387・Ln [Fe²⁺] + 0.024387・3・Ln [H⁺]

  =  0.969 － 0.024387・Ln [Fe²⁺] + 0.073161・(1/Log e)・(－pH)

  =  0.969 － 0.024387・Ln [Fe²⁺] － 0.168459pH

　pH8.1、酸化還元電位0.45 (V)の海水中にFe(OH)₃のコロイドが浮遊しているとき、そのFe(OH)₃と溶解平衡にあるFe²⁺の濃度は0.0003 pmol/L（ピコモル：10^-12モル）と非常に低いことが求められます。つまり、Fe(OH)₃の粒子は海水にほとんど溶けません。

　粒子のまま有機物粒子に吸着して沈降し、海底面に堆積します。堆積物表層のフワフワした層（堆積物表面0～1 cmくらい）では、有機物粒子の分解による酸素消費と、直上水からの酸素供給がせめぎ合っていて、辛うじて酸素が残っている状態になります。そのような層では酸化還元電位がゼロに近づいてきます。E = 0.04 (V)、pH = 7.5では、Fe²⁺の溶解平衡濃度は0.17 μmol/Lになります。Fe²⁺濃度が0.17 μmol/Lでは低いと思われるかもしれませんが、海水中の溶存鉄濃度（コロイド状鉄と有機錯体鉄を含む）は10 nmol/L程度なので、この1桁も高いのです。堆積物表層において、Fe(OH)₃から溶解したFe²⁺が腐植有機物と錯体を形成してしまえば、その分、Fe(OH)₃の溶解が続くのです。実際に、堆積物表層0～1 cmの層の間隙水中の溶存鉄濃度を測ってみると、数十μmol/Lに達することが確認されています。