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La concentration maximale d'hydrogène dans l'eau

CONCENTRATION D'HYDROGÈNE DANS L'EAU

La concentration d'hydrogène gazeux (H2) dans l'eau est souvent exprimée en molarité (moles/litre (M) ou milimoles/L mM), parties par million (ppm), parties par milliard (ppb) ou milligrammes par litre (mg/ L). Dans des concentrations diluées, 1 ppm est à peu près identique à 1 mg/L et ils sont souvent utilisés de manière interchangeable. 

La masse molaire de l'hydrogène moléculaire est d'environ 2 mg/millimole et donc 1 mg équivaut à peu près à 0,5 mole donc 1000 ppb = 1 ppm = 1 mg/L = 0,5 mM.

La concentration d'hydrogène gazeux (H2) dans l'eau conventionnelle (par exemple du robinet, en bouteille, filtrée, etc.) est d'environ 8,65 x 10-7 mg/L. En d'autres termes, il y a moins d'un huit millionième de mg de H2. 

Il n'y a donc pas de valeur thérapeutique de H2 à une concentration aussi faible dans une eau filtrée normale. Des études utilisant hydrogène gazeux dissous dans l'eau vont de 0,5 mg/L à 1,6+ mg/L, la plupart des études utilisant une concentration proche de 1,6 mg/l (1,6 ppm ou 0,8 mM).

Dans la littérature scientifique, la concentration de 1,6 mg/L (1,6 ppm ou 0,8 mM) est considérée comme la concentration à « saturation ». 

Parce que c'est ce que serait la concentration si seulement de l'hydrogène gazeux était présent avec une pression égale à la pression au niveau de la mer, qui est de 760 mm-mercure (760 torrs, 101,325 kPa, 1,01325 Barr, ou 14,69595 psi,) également égale à un atmosphère (atmosphère). 

Vous trouverez ci-dessous une explication de la solubilité de divers gaz dans l'eau, suivie d'un focus sur la solubilité de l'hydrogène moléculaire.

SOLUBILITÉ DU GAZ DANS L'EAU

Un récipient d'eau ouvert (par exemple, eau du robinet, eau en bouteille, etc.) contiendra de petites quantités de tous les gaz de l'atmosphère, tels que l'azote, l'oxygène, le dioxyde de carbone, et une très petite quantité d'autres gaz (par exemple, le néon, l'hélium , hydrogène, etc.).

La quantité de gaz dissous dans l'eau est principalement fonction de la pression et de la température. Selon la loi de Henry, la concentration de tout gaz dans l'eau est directement proportionnelle à la pression partielle de ce gaz au-dessus de l'eau. 

Cela signifie que si la pression de ce gaz augmente, la quantité de ce gaz dissous dans l'eau augmente également. C'est ainsi que les entreprises produisent des boissons gazeuses ; ils augmentent la pression du dioxyde de carbone (CO2), ce qui entraîne la dissolution de plus de gaz dans la boisson.

La solubilité du gaz dans l'eau dépend également des propriétés chimiques/physiques intrinsèques du gaz (par exemple polarisabilité, taille, hydrophobicité, etc.). 

Par conséquent, chaque gaz a une constante de solubilité différente. Nous appelons ces constantes de gaz de solubilité les « constantes de Henry » (KH), qui sont déterminées expérimentalement à des pressions et des températures spécifiques. La concentration de n'importe quel gaz peut facilement être calculée en utilisant la forme suivante de la loi de Henry :

C=P/KH

où C représente la concentration du gaz dissous (mol/L), KH est une caractéristique constante du gaz particulier (Latm/mol) et P représente la pression partielle du gaz spécifique au-dessus de la solution (atm). 

Le tableau 1 montre la concentration de divers gaz atmosphériques dans l'eau à SATP (Standard Ambient Temperature and Pressure), qui a été calculée en utilisant la loi de Henry.

Tableau 1. La concentration à l'équilibre (saturation) de certains gaz atmosphériques courants dans l'eau à leurs pressions partielles atmosphériques naturelles respectives.

GazComposition du gaz
en atmosphère (%)
Constante de Henry (KH)
à 25 ans 
°C. (L*atm/mol)
Concentration Normalement
dans l'eau
(mmol/L)(mg/L)
Azote (N2)78.081639.340.4813.34
Oxygène (O2)20.95769.230.278.71
* Dioxyde de carbone (CO2)3.97×10-229.411.35×10-95.94×10-8
Néon (Ne)1,82 × 10-32222.228.18×10-30.17
Hélium (He)5.24×10-42702.701.94×10-67.76×10-6
Hydrogène (H2)5,50 x 10-51282.054.29×10-78.65×10-7
* Cette espèce participe aux réactions acido-basiques lorsqu'elle est dissoute dans l'eau (c'est-à-dire CO2 + H2O => H2CO3), et en tant que telle ce n'est pas un gaz parfait et s'écarte de la loi de Henry.

SATURATION

La saturation d'un gaz dans l'eau est définie comme lorsque la pression du gaz au-dessus de la solution est égale (c'est-à-dire à l'équilibre avec) la pression du gaz dans la solution. La saturation dépend donc de la pression partielle du gaz d'intérêt.

Par exemple, si vous placez un verre d'eau pure sans aucun gaz dissous sur le comptoir et que vous le laissez reposer, les gaz atmosphériques (par exemple l'oxygène, l'azote, le dioxyde de carbone, etc.) commenceront à se dissoudre dans l'eau jusqu'à ce que la quantité de gaz entrant dans l'eau est égale à la quantité de gaz sortant de l'eau.

Ce principe explique également pourquoi les boissons gazeuses finissent par devenir "plates". Lors de l'ouverture du récipient, le dioxyde de carbone dissous (CO2) commencera immédiatement à s'échapper de la boisson jusqu'à ce que la pression de CO2 dans la boisson gazeuse soit égale à la pression de CO2 dans l'atmosphère.

On parle généralement de saturation en termes de concentration de gaz obtenue à sa pression partielle atmosphérique normale (comme nous l'avons fait pour N2 ci-dessus) ou à la concentration obtenue si le gaz au-dessus de la solution n'est que le gaz pur d'intérêt à une pression égale à une atmosphère (atm). 

Une pression de 1 atm est utilisée car c'est la pression atmosphérique normale au niveau de la mer.

Cette dernière définition de la saturation est la façon dont ce site Web MHF et de nombreux articles scientifiques utilisent le terme. Il est important de garder cela à l'esprit lorsque l'on parle de dosage et de concentration en termes de pourcentage de saturation ou de sursaturation.

Le tableau 2 montre la concentration des gaz dissous à saturation si leur pression atmosphérique était de 1 atm (à SATP).

On parle généralement de saturation en termes de concentration de gaz obtenue à sa pression partielle atmosphérique normale (comme nous l'avons fait pour N2 ci-dessus) ou à la concentration obtenue si le gaz au-dessus de la solution n'est que le gaz pur d'intérêt à une pression égale à une atmosphère (atm). 

Une pression de 1 atm est utilisée car c'est la pression atmosphérique normale au niveau de la mer.

Tableau 2. La concentration à l'équilibre (saturation) de certains gaz atmosphériques courants dans l'eau à une pression partielle d'un atm.

GazConstante de Henry (KH) à 25 ans °C. (Latm/mol)Concentration dans l'eau un
mmol/Lmg/L
Azote (N2)1639.340.6117.10
Oxygène (O2)769.231.3041.60
*Dioxyde de carbone (CO2)29.4134.001496.43
Néon (Ne)2222.220.459.10
Hélium (He)2702.700.371.50
Hydrogène (H2)1282.050.781.57

Tous les calculs sont effectués à 1 atm du gaz pur

* Cette espèce participe aux réactions acido-basiques lorsqu'elle est dissoute dans l'eau (c'est-à-dire CO2 + H2O => H2CO3), et en tant que telle, ce n'est pas un gaz parfait et s'écarte de la loi d'Henry

Les valeurs du tableau 2 ont été calculées à l'aide de la loi de Henry. Par exemple, la concentration d'hydrogène gazeux (H2) en utilisant la loi de Henry a été obtenue en divisant P (qui dans ce cas est de 1 atm) par KH pour obtenir la concentration (C).

Le tableau 1 montre que le KH pour l'hydrogène gazeux est de 1282,05. Cela nous donne 7,8 x 10-4 M ou 0,78 mmol/L. En convertissant la molarité en milligrammes par litre, nous obtenons 1,57 mg/L de H2 (aq) ou environ 1,6 ppm.

Cela signifie qu'il y a près de deux millions de fois plus de molécules d'hydrogène dans une solution saturée (pression de H2 pur à 1 atm) par rapport à ce que l'on trouve normalement dans l'eau.

DEMI-VIE DE H2 EN SOLUTION

Comme l'ouverture d'une canette de soda, dès que l'eau H2 est exposée aux gaz et à la pression atmosphériques normaux, la concentration de H2 diminue jusqu'à ce qu'elle soit à l'équilibre avec la pression partielle de H2 dans l'atmosphère, qui serait une concentration de 8,67 x 10-7mg/L. 

Parce que l'hydrogène gazeux est la plus petite molécule de l'univers, il pourra également se diffuser à travers tous les contenants en plastique et de nombreux autres contenants. L'hydrogène a donc le taux d'effusion le plus élevé de tous les gaz.

Le taux d'exsolution et de dissipation de H2 de l'eau est directement affecté principalement par la température, l'agitation et la surface. Un récipient ouvert de 500 ml d'eau hydrogénée dissoute a une demi-vie d'environ deux heures.

Par conséquent, s'il est laissé à l'air libre sans turbulence à température ambiante avec une concentration initiale de H2 de 1,6 mg/L, la concentration serait probablement d'environ 0,8 mg/L après deux heures. Cependant, le taux de dissipation n'est pas exactement linéaire.

L'essentiel

En réalité, lorsque d'autres gaz (oxygène, azote, etc.) sont inclus dans l'eau, la concentration maximale d'hydrogène dans l'eau est réduite.
Dans ce cas, la concentration maximale en hydrogène est d'un peu plus de 1000 ppb (1 ppm).
En conclusion, tous les produits qui introduisent 1600 ppb ou plus parmi les machines à eau hydrogène ou à eau hydrogène pour boire sont de faux produits.

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