CONCENTRAZIONE DELL'IDROGENO NELL'ACQUA
La concentrazione di idrogeno gassoso (H2) nell'acqua è spesso riportata in molarità (moli/litro (M) o milimoli/L mM), parti per milione (ppm), parti per miliardo (ppb) o milligrammi per litro (mg/ L). In concentrazioni diluite, 1 ppm equivale all'incirca a 1 mg/L e sono spesso usati in modo intercambiabile.
La massa molare dell'idrogeno molecolare è di circa 2 mg/millimole e quindi 1 mg equivale a circa 0,5 moli quindi 1000 ppb = 1 ppm = 1 mg/L = 0,5 mM.
La concentrazione di idrogeno gassoso (H2) nell'acqua convenzionale (es. rubinetto, imbottigliata, filtrata, ecc.) è di circa 8,65 x 10-7 mg/L. In altre parole, c'è meno di un otto milionesimo di mg di H2.
Non esiste quindi alcun valore terapeutico di H2 a una concentrazione così bassa nella normale acqua filtrata. Studi utilizzando idrogeno gassoso disciolto in acqua vanno da 0,5 mg/L a 1,6+ mg/L, con la maggior parte degli studi che utilizzano una concentrazione vicina 1,6mg/l (1,6 ppm o 0,8 mM).
Nella letteratura scientifica, la concentrazione di 1,6 mg/L (1,6 ppm o 0,8 mM) è considerata la concentrazione a “saturazione”.
Perché è quella che sarebbe la concentrazione se fosse presente solo idrogeno gassoso con una pressione pari alla pressione a livello del mare, che è 760 mm-mercurio (760 torr, 101,325 kPa, 1,01325 Barr, o 14,69595 psi,) pari anche a uno atmosfera (atm).
Di seguito è riportata una spiegazione della solubilità di vari gas in acqua seguita da un focus sulla solubilità dell'idrogeno molecolare.
SOLUBILITÀ DEI GAS IN ACQUA
La quantità di gas disciolto nell'acqua è principalmente una funzione della pressione e della temperatura. Secondo la legge di Henry, la concentrazione di qualsiasi gas nell'acqua è direttamente proporzionale alla pressione parziale di quel gas sopra l'acqua.
Ciò significa che se la pressione di quel gas aumenta, aumenta anche la quantità di quel gas disciolto nell'acqua. È così che le aziende producono bevande gassate; aumentano la pressione dell'anidride carbonica (CO2), che provoca la dissoluzione di più gas nella bevanda.
La solubilità del gas in acqua dipende anche dalle proprietà chimico/fisiche intrinseche del gas (es. polarizzabilità, dimensione, idrofobicità, ecc.).
Pertanto, ogni gas ha una diversa costante di solubilità. Chiamiamo queste costanti dei gas di solubilità "costanti di Henry" (KH), che sono determinate sperimentalmente a pressioni e temperature specifiche. La concentrazione di qualsiasi gas può essere facilmente calcolata utilizzando la seguente forma della legge di Henry:
DO= P/KH
dove C rappresenta la concentrazione del gas disciolto (mol/L), KH è una caratteristica costante del particolare gas (Latm/mol) e P rappresenta la pressione parziale del gas specifico al di sopra della soluzione (atm).
La tabella 1 mostra la concentrazione di vari gas atmosferici nell'acqua a SATP (Standard Ambient Temperature and Pressure), che è stata calcolata utilizzando la legge di Henry.
Tabella 1. La concentrazione di equilibrio (saturazione) di alcuni comuni gas atmosferici nell'acqua alle loro rispettive pressioni parziali atmosferiche naturali.
| Gas | Composizione del gas in atmosfera (%) | Costante di Henry (KH) alle 25 °C. (L*atm/mol) | Concentrazione Normalmente in acqua | |
| (mmol/L) | (mg/L) | |||
| azoto (n2) | 78.08 | 1639.34 | 0.48 | 13.34 |
| ossigeno (o2) | 20.95 | 769.23 | 0.27 | 8.71 |
| *Anidride carbonica (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 |
| Elio (Lui) | 5,24×10-4 | 2702.70 | 1,94×10-6 | 7,76×10-6 |
| idrogeno (h2) | 5,50 x 10-5 | 1282.05 | 4,29×10-7 | 8,65×10-7 |
SATURAZIONE
La saturazione di un gas in acqua è definita come quando la pressione del gas al di sopra della soluzione è uguale (cioè all'equilibrio con) la pressione del gas nella soluzione. Pertanto la saturazione dipende dalla pressione parziale del gas di interesse.
Ad esempio, se metti sul bancone un bicchiere di acqua pura assolutamente priva di gas disciolti e lo lasci riposare, i gas atmosferici (es. ossigeno, azoto, anidride carbonica, ecc.) inizieranno a dissolversi nell'acqua finché la quantità di gas che entra nell'acqua è uguale alla quantità di gas che esce dall'acqua.
Questo principio spiega anche perché la soda pop alla fine diventa "piatta". All'apertura del contenitore, l'anidride carbonica disciolta (CO2) inizierà immediatamente a fuoriuscire dalla bevanda finché la pressione della CO2 nella bevanda gassata non sarà uguale alla pressione della CO2 nell'atmosfera.
Si parla generalmente di saturazione in termini di concentrazione di gas ottenuta alla sua normale pressione parziale atmosferica (come abbiamo fatto per N2 sopra) o alla concentrazione ottenuta se il gas sopra la soluzione è solo il gas puro di interesse a una pressione uguale ad una atmosfera (atm).
Viene utilizzata una pressione di 1 atm perché quella è la normale pressione atmosferica a livello del mare.
Quest'ultima definizione di saturazione è il modo in cui questo sito Web MHF e molti articoli scientifici usano il termine. Questo è importante da tenere presente quando si parla di dosaggio e concentrazione in termini di percentuale di saturazione o sovrasaturazione.
La tabella 2 mostra la concentrazione dei gas disciolti alla saturazione se la loro pressione atmosferica era di una atm (a SATP).
Si parla generalmente di saturazione in termini di concentrazione di gas ottenuta alla sua normale pressione parziale atmosferica (come abbiamo fatto per N2 sopra) o alla concentrazione ottenuta se il gas sopra la soluzione è solo il gas puro di interesse a una pressione uguale ad una atmosfera (atm).
Viene utilizzata una pressione di 1 atm perché quella è la normale pressione atmosferica a livello del mare.
Tavolo 2. La concentrazione di equilibrio (saturazione) di alcuni comuni gas atmosferici in acqua a una pressione parziale di un'atmosfera.
| Gas | Costante di Henry (KH) a 25 °C. (latm/mol) | Concentrazione in acqua un | |
| mmol/l | mg/l | ||
| azoto (n2) | 1639.34 | 0.61 | 17.10 |
| ossigeno (o2) | 769.23 | 1.30 | 41.60 |
| *Anidride carbonica (CO2) | 29.41 | 34.00 | 1496.43 |
| Neon (Ne) | 2222.22 | 0.45 | 9.10 |
| Elio (Lui) | 2702.70 | 0.37 | 1.50 |
| idrogeno (h2) | 1282.05 | 0.78 | 1.57 |
Tutti i calcoli vengono eseguiti a 1 atm di gas puro
* Questa specie partecipa alle reazioni acido-base quando dissolta in acqua (cioè CO2 +H2O =>H2CO3), e come tale non è un gas ideale e devia dalla legge di Henry
I valori nella tabella 2 sono stati calcolati utilizzando la legge di Henry. Ad esempio, la concentrazione di idrogeno gassoso (H2) utilizzando la legge di Henry è stata ottenuta dividendo P (che in questo caso è 1 atm) per KH per ottenere la concentrazione (C).
La tabella 1 mostra che il KH per l'idrogeno gassoso è 1282,05. Questo ci dà 7,8 x 10-4 M o 0,78 mmol/L. Convertendo la molarità in milligrammi per litro otteniamo 1,57 mg/L di H2 (aq) o circa 1,6 ppm.
Ciò significa che ci sono quasi due milioni di volte più molecole di idrogeno in una soluzione satura (pressione di H2 puro a 1 atm) rispetto a quelle normalmente presenti nell'acqua.
EMIVITA DELL'H2 IN SOLUZIONE
Come aprire una lattina di soda, non appena l'acqua H2 viene esposta ai normali gas e pressioni atmosferiche, la concentrazione di H2 diminuisce fino a raggiungere l'equilibrio con la pressione parziale di H2 nell'atmosfera, che sarebbe una concentrazione di 8,67 x 10-7mg/l.
Poiché l'idrogeno gassoso è la molecola più piccola dell'universo, sarà anche in grado di diffondersi attraverso tutta la plastica e molti altri contenitori. L'idrogeno, quindi, ha il più alto tasso di effusione di tutti i gas.
La velocità di essoluzione e dissipazione di H2 dall'acqua è direttamente influenzata principalmente dalla temperatura, dall'agitazione e dall'area della superficie. Un contenitore aperto da 500 ml di acqua idrogenata disciolta ha un'emivita di circa due ore.
Pertanto, se lasciato all'aperto senza turbolenze a temperatura ambiente con una concentrazione iniziale di H2 di 1,6 mg/L, la concentrazione sarebbe probabilmente di circa 0,8 mg/L dopo due ore. Tuttavia, il tasso di dissipazione non è esattamente lineare.
La linea di fondo
In realtà, quando altri gas (ossigeno, azoto, ecc.) sono inclusi nell'acqua, la concentrazione massima di idrogeno nell'acqua si riduce.
In questo caso, la concentrazione massima di idrogeno è di poco superiore a 1000 ppb (1 ppm).
In conclusione, tutti i prodotti che introducono 1600ppb o più tra l'acqua idrogenata o le macchine ad acqua idrogenata per bere sono falsi prodotti.
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