KONZENTRATION VON WASSERSTOFF IN WASSER
Die Konzentration von Wasserstoffgas (H2) in Wasser wird häufig in Molarität (Mol/Liter (M) oder Millimol/L mM), Teilen pro Million (ppm), Teilen pro Milliarde (ppb) oder Milligramm pro Liter (mg/ml) angegeben. L). In verdünnten Konzentrationen entspricht 1 ppm etwa 1 mg/L und sie werden oft synonym verwendet.
Die Molmasse von molekularem Wasserstoff beträgt etwa 2 mg/Millimol und somit entspricht 1 mg etwa 0,5 Mol 1000 ppb = 1 ppm = 1 mg/l = 0,5 mM.
Die Konzentration von Wasserstoffgas (H2) in herkömmlichem Wasser (z. B. Leitungswasser, Flaschenwasser, gefiltertes Wasser usw.) beträgt etwa 8,65 x 10-7 mg/L. Mit anderen Worten, es gibt weniger als ein Achtmillionstel mg H2.
Daher hat H2 bei einer so niedrigen Konzentration in normal gefiltertem Wasser keinen therapeutischen Wert. Studien mit in Wasser gelöstes Wasserstoffgas reichen von 0,5 mg/l bis 1,6+ mg/l, wobei die meisten Studien eine Konzentration nahe bei verwenden 1,6 mg/l (1,6 ppm oder 0,8 mM).
In der wissenschaftlichen Literatur wird die Konzentration von 1,6 mg/L (1,6 ppm oder 0,8 mM) als Konzentration bei „Sättigung“ angesehen.
Weil es die Konzentration wäre, wenn nur Wasserstoffgas mit einem Druck gleich dem Druck auf Meereshöhe vorhanden wäre, was 760 mm Quecksilbersäule (760 Torr, 101,325 kPa, 1,01325 Barr oder 14,69595 psi) entspricht, ebenfalls gleich eins Atmosphäre (ATM).
Nachfolgend wird die Löslichkeit verschiedener Gase in Wasser erklärt, gefolgt von einem Fokus auf die Löslichkeit von molekularem Wasserstoff.
LÖSLICHKEIT VON GAS IN WASSER
Die im Wasser gelöste Gasmenge ist in erster Linie eine Funktion von Druck und Temperatur. Nach dem Gesetz von Henry ist die Konzentration eines Gases in Wasser direkt proportional zum Partialdruck dieses Gases über dem Wasser.
Das heißt, wenn der Druck dieses Gases zunimmt, steigt auch die Menge dieses im Wasser gelösten Gases. So stellen Unternehmen kohlensäurehaltige Getränke her; sie erhöhen den Druck von Kohlendioxid (CO2), wodurch mehr Gas im Getränk gelöst wird.
Die Löslichkeit von Gas in Wasser hängt auch von den intrinsischen chemisch/physikalischen Eigenschaften des Gases ab (z. B. Polarisierbarkeit, Größe, Hydrophobie usw.).
Daher hat jedes Gas eine andere Löslichkeitskonstante. Wir nennen diese Löslichkeitsgaskonstanten „Henry-Konstanten“ (KH), die bei bestimmten Drücken und Temperaturen experimentell bestimmt werden. Die Konzentration eines beliebigen Gases kann leicht mit der folgenden Form des Henry-Gesetzes berechnet werden:
C= P/KH
wobei C die Konzentration des gelösten Gases (mol/L) darstellt, KH eine für das jeweilige Gas charakteristische Konstante (Latm/mol) und P den Partialdruck des spezifischen Gases über der Lösung (atm) darstellt.
Tabelle 1 zeigt die Konzentration verschiedener atmosphärischer Gase in Wasser bei SATP (Standardumgebungstemperatur und -druck), die unter Verwendung des Henry-Gesetzes berechnet wurde.
Tabelle 1. Die Gleichgewichtskonzentration (Sättigung) einiger üblicher atmosphärischer Gase in Wasser bei ihren jeweiligen natürlichen atmosphärischen Partialdrücken.
| Gas | Zusammensetzung des Gases in Atmosphäre (%) | Henrys Konstante (KH) mit 25 °C. (L*atm/mol) | Konzentration Normal im Wasser | |
| (mmol/l) | (mg/l) | |||
| Stickstoff (N2) | 78.08 | 1639.34 | 0.48 | 13.34 |
| Sauerstoff (o2) | 20.95 | 769.23 | 0.27 | 8.71 |
| *Kohlendioxid (CO2) | 3,97 × 10-2 | 29.41 | 1,35 × 10-9 | 5,94 × 10-8 |
| Neon (Ne) | 1,82 x 10-3 | 2222.22 | 8,18 × 10-3 | 0.17 |
| Helium (Er) | 5,24 × 10-4 | 2702.70 | 1,94 × 10-6 | 7,76 × 10-6 |
| Wasserstoff (H2) | 5,50 x 10-5 | 1282.05 | 4,29 × 10-7 | 8,65 × 10-7 |
SÄTTIGUNG
Sättigung eines Gases in Wasser ist definiert als wenn der Druck des Gases über der Lösung gleich (dh im Gleichgewicht mit) dem Druck des Gases in der Lösung ist. Daher hängt die Sättigung vom Partialdruck des interessierenden Gases ab.
Wenn Sie zum Beispiel ein Glas reines Wasser ohne darin gelöste Gase auf die Theke stellen und stehen lassen, dann beginnen sich die atmosphärischen Gase (z. B. Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid usw.) im Wasser zu lösen, bis Die Gasmenge, die ins Wasser gelangt, ist gleich der Gasmenge, die aus dem Wasser austritt.
Dieses Prinzip erklärt auch, warum Limonade irgendwann „platt“ wird. Beim Öffnen des Behälters beginnt das gelöste Kohlendioxid (CO2) sofort aus dem Getränk zu entweichen, bis der CO2-Druck im kohlensäurehaltigen Getränk gleich dem CO2-Druck in der Atmosphäre ist.
Über Sättigung wird im Allgemeinen entweder in Bezug auf die Konzentration des Gases gesprochen, die bei seinem normalen atmosphärischen Partialdruck erhalten wird (wie wir es oben für N2 getan haben) oder als die Konzentration, die erhalten wird, wenn das Gas über der Lösung nur das interessierende reine Gas bei gleichem Druck ist zu einer Atmosphäre (atm).
Es wird ein Druck von 1 atm verwendet, da dies der normale atmosphärische Druck auf Meereshöhe ist.
Diese letztere Definition von Sättigung ist, wie diese MHF-Website und viele wissenschaftliche Artikel den Begriff verwenden. Dies ist wichtig zu beachten, wenn Dosierung und Konzentration in Bezug auf den Prozentsatz der Sättigung oder Übersättigung diskutiert werden.
Tabelle 2 zeigt die Konzentration der gelösten Gase bei Sättigung, wenn ihr atmosphärischer Druck 1 atm (bei SATP) betrug.
Über Sättigung wird im Allgemeinen entweder in Bezug auf die Konzentration des Gases gesprochen, die bei seinem normalen atmosphärischen Partialdruck erhalten wird (wie wir es oben für N2 getan haben) oder als die Konzentration, die erhalten wird, wenn das Gas über der Lösung nur das interessierende reine Gas bei gleichem Druck ist zu einer Atmosphäre (atm).
Es wird ein Druck von 1 atm verwendet, da dies der normale atmosphärische Druck auf Meereshöhe ist.
Tabelle 2. Die Gleichgewichtskonzentration (Sättigung) einiger üblicher atmosphärischer Gase in Wasser bei einem Partialdruck von einer Atmosphäre.
| Gas | Henrys Konstante (KH) mit 25 °C. (Latm/mol) | Konzentration in Wasser a | |
| mmol/l | mg/L | ||
| Stickstoff (N2) | 1639.34 | 0.61 | 17.10 |
| Sauerstoff (o2) | 769.23 | 1.30 | 41.60 |
| *Kohlendioxid (CO2) | 29.41 | 34.00 | 1496.43 |
| Neon (Ne) | 2222.22 | 0.45 | 9.10 |
| Helium (Er) | 2702.70 | 0.37 | 1.50 |
| Wasserstoff (H2) | 1282.05 | 0.78 | 1.57 |
Alle Berechnungen werden bei 1 atm des reinen Gases durchgeführt
* Diese Spezies nimmt an Säure-Base-Reaktionen teil, wenn sie in Wasser gelöst ist (dh CO2 + H2O => H2CO3), und ist daher kein ideales Gas und weicht vom Henry-Gesetz ab
Die Werte in Tabelle 2 wurden unter Verwendung des Henry-Gesetzes berechnet. Beispielsweise wurde die Konzentration von Wasserstoffgas (H2) unter Verwendung des Henry-Gesetzes erhalten, indem P (in diesem Fall 1 atm) durch KH geteilt wurde, um die Konzentration (C) zu erhalten.
Tabelle 1 zeigt, dass die KH für Wasserstoffgas 1282,05 beträgt. Das ergibt 7,8 x 10-4 M oder 0,78 mmol/L. Durch Umrechnung der Molarität in Milligramm pro Liter erhalten wir 1,57 mg/l H2 (aq) oder etwa 1,6 ppm.
Dies bedeutet, dass in einer gesättigten Lösung (Druck von reinem H2 bei 1 atm) fast zwei Millionen Mal mehr Wasserstoffmoleküle vorhanden sind als normalerweise in Wasser.
HALBLEBENSDAUER VON H2 IN LÖSUNG
Wie beim Öffnen einer Sodadose nimmt die Konzentration von H2 ab, sobald das H2-Wasser normalen atmosphärischen Gasen und Drücken ausgesetzt wird, bis sie im Gleichgewicht mit dem Partialdruck von H2 in der Atmosphäre ist, was einer Konzentration von 8,67 x entspricht 10-7 mg/l.
Da Wasserstoffgas das kleinste Molekül im Universum ist, wird es auch durch alle Plastik- und viele andere Behälter diffundieren können. Wasserstoff hat daher die höchste Effusionsrate aller Gase.
Die Rate der H2-Auflösung und -Dissipation aus dem Wasser wird in erster Linie direkt durch Temperatur, Bewegung und Oberfläche beeinflusst. Ein offener 500-ml-Behälter mit gelöstem Wasserstoffwasser hat eine Halbwertszeit von etwa zwei Stunden.
Wenn es also ohne Turbulenzen bei Raumtemperatur mit einer anfänglichen H2-Konzentration von 1,6 mg/l im Freien gelassen wird, würde die Konzentration nach zwei Stunden wahrscheinlich etwa 0,8 mg/l betragen. Allerdings ist die Verlustrate nicht exakt linear.
Das Endergebnis
Wenn andere Gase (Sauerstoff, Stickstoff usw.) in Wasser enthalten sind, wird die maximale Konzentration von Wasserstoff in Wasser in der Realität reduziert.
In diesem Fall liegt die maximale Wasserstoffkonzentration etwas über 1000 ppb (1 ppm).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle Produkte, die 1600 ppb oder mehr unter Wasserstoffwasser oder Wasserstoffwassermaschinen zum Trinken einführen, falsche Produkte sind.
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