تركيز الهيدروجين في الماء
غالبًا ما يتم الإبلاغ عن تركيز غاز الهيدروجين (H2) في الماء في المولارية (مولات / لتر (م) أو ملي مول / لتر ملي مولار) ، أجزاء في المليون (جزء في المليون) ، أجزاء في المليار (جزء في البليون) ، أو مليغرام لكل لتر (مجم / لتر) لام). في التركيزات المخففة ، 1 جزء في المليون هي تقريبا نفس 1 مجم / لتر وغالبا ما تستخدم بالتبادل.
تبلغ الكتلة المولية للهيدروجين الجزيئي حوالي 2 مجم / مليمول ، وبالتالي فإن 1 مجم تساوي 0.5 مول تقريبًا. 1000 جزء في البليون = 1 جزء في المليون = 1 ملغم / لتر = 0.5 ملي مولار.
تركيز غاز الهيدروجين (H2) في المياه التقليدية (على سبيل المثال ، صنبور ، معبأ ، مصفى ، إلخ) هو حوالي 8.65 × 10-7 مجم / لتر. بعبارة أخرى ، يوجد أقل من ثمانية ملايين من ملجم H2.
لذلك لا توجد قيمة علاجية لـ H2 عند مثل هذا التركيز المنخفض في المياه المفلترة العادية. تستخدم الدراسات غاز الهيدروجين المذاب في الماء تتراوح من 0.5 مجم / لتر إلى 1.6+ مجم / لتر ، مع استخدام تركيز قريب في معظم الدراسات 1.6 مجم / لتر (1.6 جزء في المليون أو 0.8 ملم).
في الأدبيات العلمية ، يعتبر التركيز 1.6 مجم / لتر (1.6 جزء في المليون أو 0.8 ملي مولار) التركيز عند "التشبع".
لأنه ما سيكون التركيز إذا كان غاز الهيدروجين فقط موجودًا بضغط مساوٍ للضغط عند مستوى سطح البحر ، وهو 760 ملم زئبق (760 تورس ، 101.325 كيلوباسكال ، 1.01325 بار ، أو 14.69595 رطل / بوصة مربعة ،) يساوي أيضًا واحدًا الغلاف الجوي (أجهزة الصراف الآلي).
يوجد أدناه شرح لقابلية ذوبان الغازات المختلفة في الماء متبوعًا بالتركيز على قابلية ذوبان الهيدروجين الجزيئي.
ذوبان الغاز في الماء
كمية الغاز المذابة في الماء هي بالدرجة الأولى دالة للضغط ودرجة الحرارة. وفقًا لقانون هنري ، فإن تركيز أي غاز في الماء يتناسب طرديًا مع الضغط الجزئي لذلك الغاز فوق الماء.
هذا يعني أنه إذا زاد ضغط هذا الغاز ، فإن كمية هذا الغاز المذاب في الماء تزداد أيضًا. هذه هي الطريقة التي تنتج بها الشركات المشروبات الغازية ؛ فهي تزيد من ضغط ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، مما يؤدي إلى إذابة المزيد من الغازات في المشروبات.
تعتمد قابلية ذوبان الغاز في الماء أيضًا على الخصائص الكيميائية / الفيزيائية للغاز (مثل قابلية الاستقطاب والحجم والكارهة للماء وما إلى ذلك).
لذلك ، لكل غاز ثابت ذوبان مختلف. نطلق على هذه ثوابت غاز الذوبان "ثوابت هنري" (KH) ، والتي يتم تحديدها تجريبياً عند ضغوط ودرجات حرارة محددة. يمكن بسهولة حساب تركيز أي غاز باستخدام النموذج التالي من قانون هنري:
C = P /كح
حيث C تمثل تركيز الغاز المذاب (مول / لتر) ، KH هي خاصية ثابتة للغاز المعين (Latm / mol) ، و P تمثل الضغط الجزئي للغاز المحدد فوق المحلول (atm).
يوضح الجدول 1 تركيز غازات الغلاف الجوي المختلفة في الماء عند SATP (درجة الحرارة والضغط المحيط القياسي) ، والتي تم حسابها باستخدام قانون هنري.
الجدول 1. تركيز التوازن (التشبع) لبعض غازات الغلاف الجوي الشائعة في الماء عند ضغوطها الطبيعية الجزئية في الغلاف الجوي.
| غاز | تكوين الغاز في الغلاف الجوي (%) | ثابت هنري (K.ح) في 25 °جيم (L *أجهزة الصراف الآلي / مول) | التركيز عادة في الماء | |
| (مليمول / لتر) | (ملغم / لتر) | |||
| نيتروجين (N2) | 78.08 | 1639.34 | 0.48 | 13.34 |
| الأكسجين (O2) | 20.95 | 769.23 | 0.27 | 8.71 |
| * ثاني أكسيد الكربون (CO2) | 3.97 × 10-2 | 29.41 | 1.35 × 10-9 | 5.94 × 10-8 |
| نيون (ني) | 1.82 × 10-3 | 2222.22 | 8.18 × 10-3 | 0.17 |
| الهيليوم (He) | 5.24 × 10-4 | 2702.70 | 1.94 × 10-6 | 7.76 × 10-6 |
| الهيدروجين (H2) | 5.50 × 10-5 | 1282.05 | 4.29 × 10-7 | 8.65 × 10-7 |
التشبع
يتم تعريف تشبع الغاز في الماء عندما يكون ضغط الغاز فوق المحلول مساويًا (أي عند التوازن مع) ضغط الغاز في المحلول. لذلك يعتمد التشبع على الضغط الجزئي للغاز المعني.
على سبيل المثال ، إذا وضعت كوبًا من الماء النقي بدون أي غازات مذابة على الإطلاق على المنضدة وتركته يجلس ، فإن غازات الغلاف الجوي (مثل الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون وما إلى ذلك) ستبدأ في الذوبان في الماء حتى كمية الغاز التي تدخل الماء تساوي كمية الغاز الخارجة من الماء.
يفسر هذا المبدأ أيضًا سبب تحول الصودا إلى "مسطح" في النهاية. عند فتح الحاوية ، سيبدأ ثاني أكسيد الكربون المذاب (CO2) على الفور في الهروب من المشروب حتى يصبح ضغط ثاني أكسيد الكربون في المشروبات الغازية مساويًا لضغط ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
يتم الحديث عن التشبع عمومًا من حيث إما تركيز الغاز الناتج عند ضغطه الجوي الطبيعي الجزئي (كما فعلنا مع N2 أعلاه) أو عند التركيز الذي تم الحصول عليه إذا كان الغاز فوق المحلول هو الغاز النقي فقط ذي الاهتمام عند ضغط مساوٍ إلى جو واحد (أجهزة الصراف الآلي).
يتم استخدام ضغط 1 atm لأن هذا هو الضغط الجوي العادي عند مستوى سطح البحر.
هذا التعريف الأخير للتشبع هو كيف يستخدم موقع MHF هذا والعديد من المقالات العلمية المصطلح. من المهم أن تضع في اعتبارك عند مناقشة الجرعة والتركيز من حيث النسبة المئوية للتشبع أو التشبع الفائق.
يوضح الجدول 2 تركيز الغازات المذابة عند التشبع إذا كان ضغطها الجوي واحدًا من أجهزة الصراف الآلي (عند SATP).
يتم الحديث عن التشبع عمومًا من حيث إما تركيز الغاز الناتج عند ضغطه الجوي الطبيعي الجزئي (كما فعلنا مع N2 أعلاه) أو عند التركيز الذي تم الحصول عليه إذا كان الغاز فوق المحلول هو الغاز النقي فقط ذي الاهتمام عند ضغط مساوٍ إلى جو واحد (أجهزة الصراف الآلي).
يتم استخدام ضغط 1 atm لأن هذا هو الضغط الجوي العادي عند مستوى سطح البحر.
الجدول 2. تركيز التوازن (التشبع) لبعض غازات الغلاف الجوي الشائعة في الماء عند ضغط جزئي قدره واحد من أجهزة الصراف الآلي.
| غاز | ثابت هنري (K.ح) في 25 °سي (لأجهزة الصراف الآلي / مول) | التركيز في الماء أ | |
| مليمول / لتر | ملغم / لتر | ||
| نيتروجين (N2) | 1639.34 | 0.61 | 17.10 |
| الأكسجين (O2) | 769.23 | 1.30 | 41.60 |
| * ثاني أكسيد الكربون (CO2) | 29.41 | 34.00 | 1496.43 |
| نيون (ني) | 2222.22 | 0.45 | 9.10 |
| الهيليوم (He) | 2702.70 | 0.37 | 1.50 |
| الهيدروجين (H2) | 1282.05 | 0.78 | 1.57 |
تتم جميع الحسابات عند 1 atm من الغاز النقي
* يشارك هذا النوع في التفاعلات الحمضية القاعدية عندما يذوب في الماء (أي CO2 + H2O => H2CO3) ، وعلى هذا النحو ، فهو ليس غازًا مثاليًا وينحرف عن قانون هنري
تم حساب القيم في الجدول 2 باستخدام قانون هنري. على سبيل المثال ، تم الحصول على تركيز غاز الهيدروجين (H2) باستخدام قانون هنري بقسمة P (والتي في هذه الحالة هي 1 atm) على KH للحصول على التركيز (C).
يوضح الجدول 1 أن KH لغاز الهيدروجين هو 1282.05. هذا يعطينا 7.8 × 10-4 م أو 0.78 مليمول / لتر. بتحويل المولارية إلى مليجرام لكل لتر نحصل على 1.57 مجم / لتر من H2 (aq) أو حوالي 1.6 جزء في المليون.
هذا يعني أن هناك ما يقرب من مليوني مرة من جزيئات الهيدروجين في محلول مشبع (ضغط H2 النقي عند 1 ضغط جوي) مقارنة بما هو موجود عادة في الماء.
نصف عمر H2 في الحل
مثل فتح علبة صودا ، بمجرد تعرض ماء H2 للغازات والضغط الجوي العادي ، ينخفض تركيز H2 حتى يتوازن مع الضغط الجزئي لـ H2 في الغلاف الجوي ، والذي سيكون تركيز 8.67 x 10-7 ملجم / لتر.
نظرًا لأن غاز الهيدروجين هو أصغر جزيء في الكون ، فسيكون قادرًا أيضًا على الانتشار عبر جميع الحاويات البلاستيكية والعديد من الحاويات الأخرى. لذلك ، يمتلك الهيدروجين أعلى معدل انصباب لجميع الغازات.
يتأثر معدل انحلال وتبديد H2 من الماء بشكل مباشر بدرجة الحرارة والإثارة ومساحة السطح. يبلغ نصف عمر حاوية مفتوحة سعة 500 مل من ماء الهيدروجين المذاب حوالي ساعتين.
لذلك ، إذا تركت في العراء مع عدم وجود اضطراب في درجة حرارة الغرفة بتركيز H2 الأولي 1.6 مجم / لتر ، فمن المحتمل أن يكون التركيز حوالي 0.8 مجم / لتر بعد ساعتين. ومع ذلك ، فإن معدل التبديد ليس خطيًا تمامًا.
الخط السفلي
في الواقع ، عندما يتم تضمين الغازات الأخرى (الأكسجين والنيتروجين وما إلى ذلك) في الماء ، يتم تقليل التركيز الأقصى للهيدروجين في الماء.
في هذه الحالة ، يكون الحد الأقصى لتركيز الهيدروجين يزيد قليلاً عن 1000 جزء في البليون (1 جزء في المليون).
في الختام ، جميع المنتجات التي تقدم 1600ppb أو أعلى بين آلات ماء الهيدروجين أو مياه الهيدروجين للشرب هي منتجات خاطئة.
العربية 
English 
Español 
简体中文 
हिन्दी 
Deutsch 
Français 
Italiano 
Português 
Nederlands 
Polski 
Čeština 
Svenska 
Русский 
Türkçe 
한국어 
日本語 
Bahasa Indonesia 
ไทย 
Tiếng Việt