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जल में हाइड्रोजन की अधिकतम सांद्रता

पानी में हाइड्रोजन की सांद्रता

पानी में हाइड्रोजन गैस (H2) की सांद्रता अक्सर मोलरिटी (मोल्स/लीटर (M) या मिलिमोल्स/L mM), पार्ट्स पर मिलियन (ppm), पार्ट्स पर बिलियन (ppb), या मिलीग्राम प्रति लीटर (मिलीग्राम/मिलीग्राम) में रिपोर्ट की जाती है। एल)। पतला सांद्रता में, 1 पीपीएम लगभग 1 मिलीग्राम/एल के समान होता है और इन्हें अक्सर एक दूसरे के स्थान पर उपयोग किया जाता है। 

आणविक हाइड्रोजन का दाढ़ द्रव्यमान लगभग 2 मिलीग्राम/मिलीमोल है और इसलिए 1 मिलीग्राम लगभग 0.5 मोल के समान है 1000 पीपीबी = 1 पीपीएम = 1 मिलीग्राम/एल = 0.5 एमएम।

पारंपरिक पानी (जैसे नल, बोतलबंद, फ़िल्टर्ड आदि) में हाइड्रोजन गैस (H2) की सांद्रता लगभग 8.65 x 10-7 mg/L है। दूसरे शब्दों में, H2 के एक मिलीग्राम के आठ मिलियनवें हिस्से से कम है। 

इसलिए सामान्य फ़िल्टर किए गए पानी में इतनी कम सांद्रता पर H2 का कोई चिकित्सीय मूल्य नहीं है। प्रयोग कर अध्ययन करता है पानी में घुली हाइड्रोजन गैस 0.5 mg/L से लेकर 1.6+ mg/L तक, अधिकांश अध्ययनों में लगभग सांद्रता का उपयोग किया गया है 1.6 मिलीग्राम / एल (1.6 पीपीएम या 0.8 एमएम).

वैज्ञानिक साहित्य में, 1.6 मिलीग्राम/एल (1.6 पीपीएम या 0.8 एमएम) की एकाग्रता को "संतृप्ति" पर एकाग्रता माना जाता है। 

क्योंकि यह वह है जो एकाग्रता होगी यदि केवल हाइड्रोजन गैस समुद्र तल पर दबाव के बराबर दबाव के साथ मौजूद होती है, जो कि 760 मिमी-पारा (760 टॉर्स, 101.325 केपीए, 1.01325 बर्र, या 14.69595 पीएसआई) भी एक के बराबर है वातावरण (एटीएम)। 

नीचे पानी में विभिन्न गैसों की घुलनशीलता का विवरण दिया गया है, जिसके बाद आणविक हाइड्रोजन की घुलनशीलता पर ध्यान केंद्रित किया गया है।

पानी में गैस की घुलनशीलता

पानी के एक खुले कंटेनर (जैसे नल का पानी, बोतलबंद पानी, आदि) में वायुमंडल में सभी गैसों की थोड़ी मात्रा, जैसे नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड, और बहुत कम मात्रा में अन्य गैसें (जैसे नियॉन, हीलियम) होंगी। , हाइड्रोजन, आदि)।

पानी में घुली गैस की मात्रा मुख्य रूप से दबाव और तापमान पर निर्भर करती है। हेनरी के नियम के अनुसार, पानी में किसी भी गैस की सांद्रता पानी के ऊपर उस गैस के आंशिक दबाव के सीधे आनुपातिक होती है। 

इसका मतलब है कि अगर उस गैस का दबाव बढ़ जाता है तो पानी में घुली उस गैस की मात्रा भी बढ़ जाती है। कंपनियाँ इस प्रकार कार्बोनेटेड पेय पदार्थों का उत्पादन करती हैं; वे कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) के दबाव को बढ़ाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप पेय में अधिक गैस घुल जाती है।

पानी में गैस की घुलनशीलता गैस के आंतरिक रासायनिक/भौतिक गुणों (जैसे ध्रुवीकरण, आकार, हाइड्रोफोबिसिटी, आदि) पर भी निर्भर करती है। 

इसलिए, प्रत्येक गैस में एक अलग घुलनशीलता स्थिरांक होता है। हम इन विलेयता गैस स्थिरांकों को "हेनरी स्थिरांक" (KH) कहते हैं, जो विशिष्ट दबावों और तापमानों पर प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किए जाते हैं। हेनरी के नियम के निम्नलिखित रूप का उपयोग करके किसी भी गैस की सांद्रता की गणना आसानी से की जा सकती है:

सी= पी/एच

जहाँ C घुलित गैस (mol/L) की सांद्रता को दर्शाता है, KH विशेष गैस (Latm/mol) की एक स्थिर विशेषता है, और P समाधान (atm) के ऊपर विशिष्ट गैस के आंशिक दबाव का प्रतिनिधित्व करता है। 

तालिका 1 SATP (मानक परिवेश तापमान और दबाव) पर पानी में विभिन्न वायुमंडलीय गैसों की सांद्रता को दर्शाता है, जिसकी गणना हेनरी के नियम का उपयोग करके की गई थी।

तालिका एक। पानी में कुछ सामान्य वायुमंडलीय गैसों की संतुलन सांद्रता (संतृप्ति) उनके प्राकृतिक वायुमंडलीय आंशिक दबावों पर।

गैसगैस की संरचना
वायुमंडल में (%)
हेनरी स्थिरांक (केएच)
25 पर 
°सी। (एल *एटीएम/मोल)
एकाग्रता सामान्य रूप से
पानी में
(मिमीोल / एल)(मिलीग्राम / एल)
नाइट्रोजन (एन2)78.081639.340.4813.34
ऑक्सीजन (ओ2)20.95769.230.278.71
*कार्बन डाइऑक्साइड (CO2)3.97×10-229.411.35 × 10-95.94 × 10-8
नियॉन (ने)1.82 x 10-32222.228.18×10-30.17
हीलियम (वह)5.24 × 10-42702.701.94 × 10-67.76 × 10-6
हाइड्रोजन (एच2)5.50 x 10-51282.054.29×10-78.65 × 10-7
* यह प्रजाति पानी में घुलने पर अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं में भाग लेती है (यानी CO2 +H2O =>H2CO3), और इस तरह यह एक आदर्श गैस नहीं है और हेनरी के नियम से विचलित होती है।

संतृप्ति

पानी में गैस की संतृप्ति को तब परिभाषित किया जाता है जब घोल के ऊपर गैस का दबाव घोल में गैस के दबाव के बराबर (अर्थात् साम्य पर) होता है। इसलिए संतृप्ति ब्याज की गैस के आंशिक दबाव पर निर्भर करती है।

उदाहरण के लिए, यदि आप बिना किसी गैस के शुद्ध पानी का गिलास काउंटर पर रखते हैं और उसे बैठने देते हैं, तो वायुमंडलीय गैसें (जैसे ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड, आदि) पानी में घुलना शुरू कर देंगी। पानी में जाने वाली गैस की मात्रा पानी से निकलने वाली गैस की मात्रा के बराबर होती है।

यह सिद्धांत यह भी बताता है कि सोडा पॉप अंततः "फ्लैट" क्यों हो जाता है। कंटेनर खोलने पर, घुलित कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) तुरंत पेय से बचना शुरू कर देगा जब तक कि कार्बोनेटेड पेय में CO2 का दबाव वातावरण में CO2 के दबाव के बराबर न हो जाए।

संतृप्ति के बारे में आम तौर पर बात की जाती है या तो इसके सामान्य वायुमंडलीय आंशिक दबाव (जैसा कि हमने ऊपर N2 के लिए किया था) पर प्राप्त गैस की सघनता के संदर्भ में या यदि घोल के ऊपर गैस केवल दबाव के बराबर ब्याज की शुद्ध गैस है तो प्राप्त सघनता पर। एक वातावरण (एटीएम) के लिए। 

1 एटीएम के दबाव का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह समुद्र के स्तर पर सामान्य वायुमंडलीय दबाव होता है।

संतृप्ति की यह बाद की परिभाषा है कि यह MHF वेबसाइट और कई वैज्ञानिक लेख इस शब्द का उपयोग कैसे करते हैं। संतृप्ति या अधिसंतृप्ति के प्रतिशत के संदर्भ में खुराक और एकाग्रता पर चर्चा करते समय इसे ध्यान में रखना महत्वपूर्ण है।

तालिका 2 संतृप्ति पर घुलित गैसों की सांद्रता को दर्शाता है यदि उनका वायुमंडलीय दबाव एक एटीएम (एसएटीपी पर) था।

संतृप्ति के बारे में आम तौर पर बात की जाती है या तो इसके सामान्य वायुमंडलीय आंशिक दबाव (जैसा कि हमने ऊपर N2 के लिए किया था) पर प्राप्त गैस की सघनता के संदर्भ में या यदि घोल के ऊपर गैस केवल दबाव के बराबर ब्याज की शुद्ध गैस है तो प्राप्त सघनता पर। एक वातावरण (एटीएम) के लिए। 

1 एटीएम के दबाव का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह समुद्र के स्तर पर सामान्य वायुमंडलीय दबाव होता है।

तालिका 2। एक एटीएम के आंशिक दबाव पर पानी में कुछ सामान्य वायुमंडलीय गैसों की संतुलन एकाग्रता (संतृप्ति)।

गैसहेनरी स्थिरांक (केएच) 25 बजे °सी. (एलएटीएम/मोल)पानी में एकाग्रता एक
एमएमओएल/एलमिलीग्राम / एल
नाइट्रोजन (एन2)1639.340.6117.10
ऑक्सीजन (ओ2)769.231.3041.60
*कार्बन डाइऑक्साइड (CO2)29.4134.001496.43
नियॉन (ने)2222.220.459.10
हीलियम (वह)2702.700.371.50
हाइड्रोजन (एच2)1282.050.781.57

सभी गणना शुद्ध गैस के 1 एटीएम पर की जाती है

* यह प्रजाति पानी में घुलने पर अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं में भाग लेती है (यानी CO2 + H2O =>H2CO3), और इस तरह, यह एक आदर्श गैस नहीं है और हेनरी के नियम से विचलित होती है

तालिका 2 के मूल्यों की गणना हेनरी के नियम का उपयोग करके की गई थी। उदाहरण के लिए, हेनरी के नियम का उपयोग करके हाइड्रोजन गैस (H2) की सांद्रता P (जो इस मामले में 1 atm है) को KH से विभाजित करके सांद्रता (C) प्राप्त करने के लिए प्राप्त की गई थी।

तालिका 1 से पता चलता है कि हाइड्रोजन गैस के लिए KH 1282.05 है। यह हमें 7.8 x 10-4 M या 0.78 mmol/L देता है। मोलरिटी को मिलीग्राम प्रति लीटर में बदलने पर हमें H2 (aq) का 1.57 mg/L या लगभग 1.6 ppm मिलता है।

इसका मतलब यह है कि एक संतृप्त घोल (1 atm पर शुद्ध H2 का दबाव) में सामान्य रूप से पानी में पाए जाने वाले हाइड्रोजन अणुओं की तुलना में लगभग 20 लाख गुना अधिक हाइड्रोजन अणु होते हैं।

समाधान में H2 का आधा जीवन

सोडा का कैन खोलने की तरह, जैसे ही H2 पानी सामान्य वायुमंडलीय गैसों और दबाव के संपर्क में आता है, H2 की सांद्रता तब तक कम हो जाती है जब तक कि यह वातावरण में H2 के आंशिक दबाव के साथ संतुलन में न आ जाए, जो कि 8.67 x की सांद्रता होगी। 10-7 मिलीग्राम / एल। 

क्योंकि हाइड्रोजन गैस ब्रह्मांड में सबसे छोटा अणु है, यह सभी प्लास्टिक और कई अन्य कंटेनरों के माध्यम से भी फैल सकेगी। इसलिए, हाइड्रोजन में सभी गैसों की उच्चतम प्रवाह दर है।

पानी से H2 के बहिर्वाह और अपव्यय की दर मुख्य रूप से तापमान, आंदोलन और सतह क्षेत्र से सीधे प्रभावित होती है। भंग हाइड्रोजन पानी के 500 एमएल खुले कंटेनर में लगभग दो घंटे का आधा जीवन होता है।

इसलिए, यदि 1.6 mg/L की प्रारंभिक H2 सांद्रता के साथ कमरे के तापमान पर बिना किसी अशांति के खुले में छोड़ दिया जाता है, तो दो घंटे के बाद एकाग्रता लगभग 0.8 mg/L होने की संभावना होगी। हालाँकि, अपव्यय दर बिल्कुल रैखिक नहीं है।

तल - रेखा

वास्तव में, जब अन्य गैसों (ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, आदि) को पानी में शामिल किया जाता है, तो पानी में हाइड्रोजन की अधिकतम सांद्रता कम हो जाती है।
इस मामले में, अधिकतम हाइड्रोजन एकाग्रता 1000 पीपीबी (1 पीपीएम) से थोड़ा अधिक है।
अंत में, पीने के लिए हाइड्रोजन पानी या हाइड्रोजन पानी मशीनों के बीच 1600ppb या उच्चतर पेश करने वाले सभी उत्पाद झूठे उत्पाद हैं।

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