Přeskočit na obsah
logo-5

Maximální koncentrace vodíku ve vodě

KONCENTRACE VODÍKU VE VODĚ

Koncentrace plynného vodíku (H2) ve vodě se často uvádí v molaritě (mol/litr (M) nebo milimol/l mM), částech na milion (ppm), částech na miliardu (ppb) nebo miligramech na litr (mg/ L). Ve zředěných koncentracích je 1 ppm přibližně totéž jako 1 mg/l a často se používají zaměnitelně. 

Molární hmotnost molekulárního vodíku je přibližně 2 mg/milimol, takže 1 mg je přibližně stejný jako 0,5 molu. 1000 ppb = 1 ppm = 1 mg/l = 0,5 mM.

Koncentrace plynného vodíku (H2) v konvenční vodě (např. kohoutkové, balené, filtrované atd.) je asi 8,65 x 10-7 mg/l. Jinými slovy, existuje méně než jedna osmimiliontina mg H2. 

Neexistuje tedy žádná terapeutická hodnota H2 v tak nízké koncentraci v normální filtrované vodě. Studie využívající plynný vodík rozpuštěný ve vodě rozmezí od 0,5 mg/l do 1,6+ mg/l, přičemž většina studií používá koncentraci blízkou 1,6 mg/l (1,6 ppm nebo 0,8 mM).

Ve vědecké literatuře je koncentrace 1,6 mg/l (1,6 ppm nebo 0,8 mM) považována za koncentraci při „nasycení“. 

Protože taková koncentrace by byla, kdyby byl přítomen pouze plynný vodík s tlakem rovným tlaku na hladině moře, což je 760 mm rtuti (760 torrů, 101,325 kPa, 1,01325 Barr nebo 14,69595 psi), rovnající se také jedné atmosféra (atm). 

Níže je uvedeno vysvětlení rozpustnosti různých plynů ve vodě, po kterém následuje zaměření na rozpustnost molekulárního vodíku.

ROZPUSTNOST PLYNU VE VODĚ

Otevřená nádoba s vodou (např. voda z kohoutku, balená voda atd.) bude obsahovat malé množství všech plynů v atmosféře, jako je dusík, kyslík, oxid uhličitý, a velmi malé množství dalších plynů (např. neon, helium). , vodík atd.).

Množství plynu rozpuštěného ve vodě je primárně funkcí tlaku a teploty. Podle Henryho zákona je koncentrace jakéhokoli plynu ve vodě přímo úměrná parciálnímu tlaku tohoto plynu nad vodou. 

To znamená, že pokud se tlak tohoto plynu zvýší, pak se také zvýší množství tohoto plynu rozpuštěného ve vodě. Takto společnosti vyrábějí sycené nápoje; zvyšují tlak oxidu uhličitého (CO2), což má za následek, že se v nápoji rozpustí více plynu.

Rozpustnost plynu ve vodě také závisí na vnitřních chemických/fyzikálních vlastnostech plynu (např. polarizovatelnosti, velikosti, hydrofobnosti atd.). 

Proto má každý plyn jinou konstantu rozpustnosti. Tyto plynové konstanty rozpustnosti nazýváme „Henryho konstanty“ (KH), které jsou experimentálně stanoveny při specifických tlacích a teplotách. Koncentraci jakéhokoli plynu lze snadno vypočítat pomocí následující formy Henryho zákona:

C= P/KH

kde C představuje koncentraci rozpuštěného plynu (mol/l), KH je konstantní charakteristika daného plynu (Latm/mol) a P představuje parciální tlak specifického plynu nad roztokem (atm). 

Tabulka 1 ukazuje koncentraci různých atmosférických plynů ve vodě při SATP (Standard Ambient Temperature and Pressure), která byla vypočtena pomocí Henryho zákona.

Stůl 1. Rovnovážná koncentrace (nasycení) některých běžných atmosférických plynů ve vodě při jejich přirozených parciálních parciálních tlacích.

PlynSložení plynu
v atmosféře (%)
Henryho konstanta (KH)
ve 25 
°C. (L*atm/mol)
Koncentrace Normálně
ve vodě
(mmol/l)(mg/l)
Dusík (N2)78.081639.340.4813.34
Kyslík (O2)20.95769.230.278.71
*Oxid uhličitý (CO2)3,97×10-229.411,35×10-95,94×10-8
neon (Ne)1,82 x 10-32222.228,18×10-30.17
helium (He)5,24×10-42702.701,94×10-67,76×10-6
Vodík (H2)5,50 x 10-51282.054,29×10-78,65×10-7
* Tento druh se po rozpuštění ve vodě účastní acidobazických reakcí (tj. CO2 +H2O =>H2CO3) a jako takový není ideálním plynem a vybočuje z Henryho zákona.

NASYCENÍ

Nasycení plynu ve vodě je definováno jako tlak plynu nad roztokem, který je roven (tj. v rovnováze s) tlaku plynu v roztoku. Proto saturace závisí na parciálním tlaku plynu, který nás zajímá.

Pokud například postavíte na pult sklenici čisté vody, v níž nejsou rozpuštěny absolutně žádné plyny, a necháte ji uležet, pak se atmosférické plyny (např. kyslík, dusík, oxid uhličitý atd.) začnou rozpouštět ve vodě, dokud množství plynu jdoucího do vody se rovná množství plynu jdoucího z vody.

Tento princip také vysvětluje, proč se soda nakonec stane „plochou“. Po otevření nádoby začne rozpuštěný oxid uhličitý (CO2) okamžitě unikat z nápoje, dokud se tlak CO2 v syceném nápoji nevyrovná tlaku CO2 v atmosféře.

O nasycení se obecně mluví jako o koncentraci plynu získané při jeho normálním atmosférickém parciálním tlaku (jako jsme to udělali pro N2 výše), nebo o koncentraci získané v případě, že plyn nad roztokem je pouze čistým plynem, který je předmětem zájmu, při tlaku rovném do jedné atmosféry (atm). 

Používá se tlak 1 atm, protože to je normální atmosférický tlak na hladině moře.

Tato druhá definice saturace je způsob, jakým tento termín používá tento web MHF a mnoho vědeckých článků. To je důležité mít na paměti při diskusi o dávkování a koncentraci ve smyslu procenta nasycení nebo přesycení.

Tabulka 2 ukazuje koncentraci rozpuštěných plynů při nasycení, pokud jejich atmosférický tlak byl jeden atm (při SATP).

O nasycení se obecně mluví jako o koncentraci plynu získané při jeho normálním atmosférickém parciálním tlaku (jako jsme to udělali pro N2 výše), nebo o koncentraci získané v případě, že plyn nad roztokem je pouze čistým plynem, který je předmětem zájmu, při tlaku rovném do jedné atmosféry (atm). 

Používá se tlak 1 atm, protože to je normální atmosférický tlak na hladině moře.

Tabulka 2 Rovnovážná koncentrace (nasycení) některých běžných atmosférických plynů ve vodě při parciálním tlaku jeden atm.

PlynHenryho konstanta (KH) ve 25 °C. (Latm/mol)Koncentrace ve vodě A
mmol/lmg/l
Dusík (N2)1639.340.6117.10
Kyslík (O2)769.231.3041.60
*Oxid uhličitý (CO2)29.4134.001496.43
neon (Ne)2222.220.459.10
helium (He)2702.700.371.50
Vodík (H2)1282.050.781.57

Všechny výpočty se provádějí při 1 atm čistého plynu

* Tento druh se po rozpuštění ve vodě účastní acidobazických reakcí (tj. CO2 +H2O =>H2CO3) a jako takový není ideálním plynem a odchyluje se od Henryho zákona

Hodnoty v tabulce 2 byly vypočteny pomocí Henryho zákona. Například koncentrace plynného vodíku (H2) pomocí Henryho zákona byla získána dělením P (což je v tomto případě 1 atm) KH, abychom dostali koncentraci (C).

Tabulka 1 ukazuje, že KH pro plynný vodík je 1282,05. To nám dává 7,8 x 10-4 M neboli 0,78 mmol/l. Přepočtem molarity na miligramy na litr dostaneme 1,57 mg/l H2 (aq) neboli asi 1,6 ppm.

To znamená, že v nasyceném roztoku (tlak čistého H2 při 1 atm) je téměř dva milionkrát více molekul vodíku ve srovnání s tím, co se běžně nachází ve vodě.

POLOVINNOST H2 V ROZTOKU

Stejně jako otevření plechovky sody, jakmile je voda H2 vystavena normálním atmosférickým plynům a tlaku, koncentrace H2 klesá, dokud není v rovnováze s parciálním tlakem H2 v atmosféře, což by byla koncentrace 8,67 x 10-7 mg/l. 

Vzhledem k tomu, že plynný vodík je nejmenší molekula ve vesmíru, bude také schopen difundovat skrz všechny plastové a mnoho dalších nádob. Vodík má tedy ze všech plynů nejvyšší rychlost výtoku.

Rychlost exoluce a disipace H2 z vody je přímo ovlivněna především teplotou, mícháním a povrchem. 500ml otevřená nádoba s rozpuštěným vodíkem má poločas rozpadu asi dvě hodiny.

Pokud se tedy ponechá na otevřeném prostranství bez turbulencí při pokojové teplotě s počáteční koncentrací H2 1,6 mg/l, bude koncentrace pravděpodobně po dvou hodinách kolem 0,8 mg/l. Rychlost rozptylu však není přesně lineární.

Sečteno a podtrženo

Ve skutečnosti, když jsou do vody zahrnuty další plyny (kyslík, dusík atd.), maximální koncentrace vodíku ve vodě se snižuje.
V tomto případě je maximální koncentrace vodíku něco málo přes 1000 ppb (1 ppm).
Závěrem lze říci, že všechny produkty, které zavádějí 1600 ppb nebo vyšší mezi stroje na vodíkovou vodu nebo vodíkovou vodu na pití, jsou falešné produkty.

cs_CZČeština