물 속의 수소 농도
물의 수소 가스(H2) 농도는 종종 몰 농도(몰/리터(M) 또는 밀리몰/L mM), 백만분율(ppm), 10억분율(ppb) 또는 리터당 밀리그램(mg/ 엘). 묽은 농도에서 1ppm은 1mg/L와 거의 같으며 종종 상호교환적으로 사용됩니다.
분자 수소의 몰 질량은 약 2mg/밀리몰이므로 1mg은 0.5몰과 거의 같으므로 1000ppb = 1ppm = 1mg/L = 0.5mM.
일반 물(예: 수돗물, 병입, 여과 등)의 수소 가스(H2) 농도는 약 8.65 x 10-7 mg/L입니다. 즉, H2는 800만분의 1mg 미만입니다.
따라서 일반 여과수에서 이러한 낮은 농도의 H2는 치료적 가치가 없습니다. 사용 연구 물에 녹아 있는 수소 기체 0.5 mg/L ~ 1.6+ mg/L 범위, 대부분의 연구에서는 1.6mg/L (1.6ppm 또는 0.8mM).
과학 문헌에서 1.6mg/L(1.6ppm 또는 0.8mM)의 농도는 "포화" 농도로 간주됩니다.
760mm 수은(760torrs, 101.325kPa, 1.01325Barr 또는 14.69595psi)인 해수면 압력과 동일한 압력으로 수소 가스만 존재한다면 농도는 1과 같기 때문입니다. 대기(atm).
다음은 분자 수소의 용해도에 초점을 맞춘 물에 대한 다양한 기체의 용해도에 대한 설명입니다.
물에서 가스의 용해도
물에 용해된 기체의 양은 주로 압력과 온도의 함수입니다. 헨리의 법칙에 따르면, 물 속의 모든 기체의 농도는 물 위의 기체의 부분압에 정비례합니다.
이것은 해당 가스의 압력이 증가하면 물에 용해된 해당 가스의 양도 증가한다는 것을 의미합니다. 이것이 회사가 탄산 음료를 생산하는 방법입니다. 그들은 이산화탄소(CO2)의 압력을 증가시켜 음료에 더 많은 가스가 용해되게 합니다.
물에서 기체의 용해도는 기체의 고유한 화학적/물리적 특성(예: 분극성, 크기, 소수성 등)에 따라 달라집니다.
따라서 각 가스는 다른 용해도 상수를 갖습니다. 우리는 이러한 용해도 기체 상수를 "헨리 상수"(KH)라고 부르며, 이는 특정 압력과 온도에서 실험적으로 결정됩니다. 모든 기체의 농도는 헨리의 법칙의 다음 형식을 사용하여 쉽게 계산할 수 있습니다.
C=피/케이시간
여기서 C는 용해된 기체의 농도(mol/L), KH는 특정 기체의 일정한 특성(Latm/mol), P는 용액 위의 특정 기체의 분압(atm)을 나타냅니다.
표 1은 Henry의 법칙을 이용하여 계산한 SATP(Standard Ambient Temperature and Pressure)에서 수중 다양한 대기 가스의 농도를 보여줍니다.
1 번 테이블. 각각의 자연적인 대기 분압에서 물에 있는 일부 일반적인 대기 가스의 평형 농도(포화).
| 가스 | 가스의 구성 분위기 있는 (%) | 헨리 상수(K시간) 25시에 °다. (L*기압/몰) | 평소 농도 물 속 | |
| (mmol/L) | (mg/L) | |||
| 질소(N2) | 78.08 | 1639.34 | 0.48 | 13.34 |
| 산소(O2) | 20.95 | 769.23 | 0.27 | 8.71 |
| *이산화탄소(CO2) | 3.97×10-2 | 29.41 | 1.35×10-9 | 5.94×10-8 |
| 네온(네) | 1.82 x 10-3 | 2222.22 | 8.18×10-3 | 0.17 |
| 헬륨(그) | 5.24×10-4 | 2702.70 | 1.94×10-6 | 7.76×10-6 |
| 수소(H2) | 5.50 x 10-5 | 1282.05 | 4.29×10-7 | 8.65×10-7 |
포화
수중 기체의 포화는 용액 위의 기체 압력이 용액 내 기체의 압력과 같을 때(즉, 평형 상태일 때)로 정의됩니다. 따라서 포화는 관심 기체의 부분압에 따라 달라집니다.
예를 들어, 가스가 전혀 용해되지 않은 순수한 물 한 컵을 카운터 위에 놓고 그대로 두면 대기 가스(예: 산소, 질소, 이산화탄소 등)가 물에 용해되기 시작할 것입니다. 물에 들어가는 가스의 양은 물에서 나가는 가스의 양과 같습니다.
이 원칙은 또한 소다 팝이 결국 "평평한" 상태가 되는 이유를 설명합니다. 용기를 열면 탄산 음료의 CO2 압력이 대기 중 CO2 압력과 같아질 때까지 용해된 이산화탄소(CO2)가 즉시 음료 밖으로 빠져나가기 시작합니다.
포화는 일반적으로 정상 대기 부분압에서 얻은 기체의 농도(위의 N2에 대해 수행한 것처럼) 또는 용액 위의 기체가 동일한 압력에서 관심 대상인 순수한 기체인 경우 얻은 농도로 설명됩니다. 1기압(atm)으로.
1기압은 해수면에서의 정상적인 대기압이기 때문에 사용됩니다.
이 후자의 포화 정의는 이 MHF 웹사이트와 많은 과학 기사에서 이 용어를 사용하는 방법입니다. 이것은 포화 또는 과포화 비율의 관점에서 복용량과 농도를 논의할 때 염두에 두는 것이 중요합니다.
표 2는 대기압이 1기압(SATP에서)인 경우 포화 상태에서 용해된 가스의 농도를 보여줍니다.
포화는 일반적으로 정상 대기 부분압에서 얻은 기체의 농도(위의 N2에 대해 수행한 것처럼) 또는 용액 위의 기체가 동일한 압력에서 관심 대상인 순수한 기체인 경우 얻은 농도로 설명됩니다. 1기압(atm)으로.
1기압은 해수면에서의 정상적인 대기압이기 때문에 사용됩니다.
표 2. 1기압의 부분압에서 물에 있는 일부 일반적인 대기 가스의 평형 농도(포화).
| 가스 | 헨리 상수(K시간) 25시에 °다. (엘기압/몰) | 물의 농도 ㅏ | |
| 밀리몰/리터 | mg/L | ||
| 질소(N2) | 1639.34 | 0.61 | 17.10 |
| 산소(O2) | 769.23 | 1.30 | 41.60 |
| *이산화탄소(CO2) | 29.41 | 34.00 | 1496.43 |
| 네온(네) | 2222.22 | 0.45 | 9.10 |
| 헬륨(그) | 2702.70 | 0.37 | 1.50 |
| 수소(H2) | 1282.05 | 0.78 | 1.57 |
모든 계산은 순수 기체의 1기압에서 수행됩니다.
* 이 종은 물에 용해되면 산-염기 반응(즉, CO2 + H2O => H2CO3)에 참여하므로 이상 기체가 아니며 Henry의 법칙에서 벗어남
표 2의 값은 Henry의 법칙을 사용하여 계산되었습니다. 예를 들어, Henry의 법칙을 사용하여 수소 가스(H2)의 농도는 농도(C)를 얻기 위해 P(이 경우 1atm)를 KH로 나누어 얻었습니다.
표 1은 수소 가스에 대한 KH가 1282.05임을 보여준다. 이것은 7.8 x 10-4 M 또는 0.78 mmol/L을 제공합니다. 몰 농도를 리터당 밀리그램으로 변환하면 1.57mg/L의 H2(aq) 또는 약 1.6ppm을 얻을 수 있습니다.
이것은 일반적으로 물에서 발견되는 것과 비교하여 포화 용액(1 기압에서 순수한 H2의 압력)에 거의 2백만 배 더 많은 수소 분자가 있음을 의미합니다.
용액 내 H2의 반감기
소다 캔을 여는 것과 같이 H2 물이 정상적인 대기 가스 및 압력에 노출되자마자 H2 농도는 대기 중 H2 분압과 평형을 이룰 때까지 감소합니다. 이 농도는 8.67 x 10-7 mg/L.
수소 가스는 우주에서 가장 작은 분자이기 때문에 모든 플라스틱과 다른 많은 용기를 통해 확산될 수도 있습니다. 따라서 수소는 모든 가스 중에서 가장 높은 유출 속도를 보입니다.
물로부터의 H2 용출 및 소산 속도는 주로 온도, 교반 및 표면적에 의해 직접적인 영향을 받습니다. 용존수소수 500mL의 개방형 용기의 반감기는 약 2시간입니다.
따라서 초기 H2 농도가 1.6mg/L인 실온에서 난류 없이 개방된 상태로 방치하면 농도는 2시간 후 약 0.8mg/L가 될 것입니다. 그러나 소산 속도는 정확히 선형이 아닙니다.
결론
실제로 물에 다른 기체(산소, 질소 등)가 포함되어 있으면 물의 최대 수소 농도가 감소합니다.
이 경우 최대 수소 농도는 1000ppb(1ppm)를 약간 넘습니다.
결론적으로 수소수나 음용수소기 중 1600ppb 이상을 도입하는 제품은 모두 허위 제품이다.
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