CONCENTRAÇÃO DE HIDROGÊNIO NA ÁGUA
A concentração de gás hidrogênio (H2) na água é freqüentemente relatada em molaridade (moles/litro (M) ou milimoles/L mM), partes por milhão (ppm), partes por bilhão (ppb) ou miligramas por litro (mg/ EU). Em concentrações diluídas, 1 ppm é aproximadamente o mesmo que 1 mg/L e são frequentemente usados de forma intercambiável.
A massa molar do hidrogênio molecular é de cerca de 2 mg/milimol e, portanto, 1 mg é aproximadamente o mesmo que 0,5 moles, portanto 1000 ppb = 1 ppm = 1 mg/L = 0,5 mM.
A concentração de gás hidrogênio (H2) na água convencional (por exemplo, torneira, engarrafada, filtrada, etc.) é de cerca de 8,65 x 10-7 mg/L. Em outras palavras, há menos de um oitavo milionésimo de um mg de H2.
Portanto, não há valor terapêutico de H2 em uma concentração tão baixa em água filtrada normal. Estudos usando gás hidrogênio dissolvido em água variam de 0,5 mg/L a 1,6+ mg/L, com a maioria dos estudos usando uma concentração próxima 1,6 mg/L (1,6 ppm ou 0,8 mM).
Na literatura científica, a concentração de 1,6 mg/L (1,6 ppm ou 0,8 mM) é considerada a concentração na “saturação”.
Porque é o que a concentração seria se apenas o gás hidrogênio estivesse presente com uma pressão igual à pressão ao nível do mar, que é 760 mm-mercúrio (760 torrs, 101,325 kPa, 1,01325 Barr ou 14,69595 psi), também igual a um atmosfera (atm).
Abaixo está uma explicação da solubilidade de vários gases em água, seguida de um foco na solubilidade do hidrogênio molecular.
SOLUBILIDADE DO GÁS EM ÁGUA
A quantidade de gás dissolvido na água é principalmente uma função da pressão e da temperatura. De acordo com a lei de Henry, a concentração de qualquer gás na água é diretamente proporcional à pressão parcial desse gás acima da água.
Isso significa que, se a pressão desse gás aumentar, a quantidade desse gás dissolvido na água também aumentará. É assim que as empresas produzem bebidas carbonatadas; eles aumentam a pressão do dióxido de carbono (CO2), o que resulta na dissolução de mais gás na bebida.
A solubilidade do gás na água também depende das propriedades químicas/físicas intrínsecas do gás (por exemplo, polarizabilidade, tamanho, hidrofobicidade, etc.).
Portanto, cada gás tem uma constante de solubilidade diferente. Chamamos essas constantes de gás de solubilidade de “constantes de Henry” (KH), que são determinadas experimentalmente em pressões e temperaturas específicas. A concentração de qualquer gás pode ser facilmente calculada usando a seguinte forma da Lei de Henry:
C=P/kH
onde C representa a concentração do gás dissolvido (mol/L), KH é uma característica constante do gás específico (Latm/mol) e P representa a pressão parcial do gás específico acima da solução (atm).
A Tabela 1 mostra a concentração de vários gases atmosféricos na água em SATP (Standard Ambient Temperature and Pressure), que foi calculada usando a lei de Henry.
Tabela 1. A concentração de equilíbrio (saturação) de alguns gases atmosféricos comuns na água em suas respectivas pressões parciais atmosféricas naturais.
| Gás | Composição do Gás na atmosfera (%) | Constante de Henry (KH) aos 25 °C. (L*atm/mol) | Concentração Normalmente na água | |
| (mmol/L) | (mg/L) | |||
| Nitrogênio (N2) | 78.08 | 1639.34 | 0.48 | 13.34 |
| Oxigênio (O2) | 20.95 | 769.23 | 0.27 | 8.71 |
| *Dióxido de carbono (CO2) | 3,97 × 10-2 | 29.41 | 1,35×10-9 | 5,94×10-8 |
| Néon (Ne) | 1,82 x 10-3 | 2222.22 | 8,18×10-3 | 0.17 |
| Hélio (Ele) | 5,24×10-4 | 2702.70 | 1,94×10-6 | 7,76×10-6 |
| Hidrogênio (H2) | 5,50 x 10-5 | 1282.05 | 4,29×10-7 | 8,65×10-7 |
SATURAÇÃO
A saturação de um gás em água é definida como quando a pressão do gás acima da solução é igual (ou seja, em equilíbrio com) a pressão do gás na solução. Portanto, a saturação depende da pressão parcial do gás de interesse.
Por exemplo, se você colocar um copo de água pura com absolutamente nenhum gás dissolvido nele no balcão e deixá-lo descansar, os gases atmosféricos (por exemplo, oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono, etc.) começarão a se dissolver na água até que a quantidade de gás que entra na água é igual à quantidade de gás que sai da água.
Esse princípio também explica por que o refrigerante acaba ficando “sem gás”. Ao abrir o recipiente, o dióxido de carbono dissolvido (CO2) começará imediatamente a escapar da bebida até que a pressão do CO2 na bebida carbonatada seja igual à pressão do CO2 na atmosfera.
A saturação é geralmente mencionada em termos da concentração de gás obtida em sua pressão parcial atmosférica normal (como fizemos para N2 acima) ou na concentração obtida se o gás acima da solução for apenas o gás puro de interesse a uma pressão igual a uma atmosfera (atm).
A pressão de 1 atm é usada porque é a pressão atmosférica normal ao nível do mar.
Esta última definição de saturação é como este site da MHF e muitos artigos científicos usam o termo. É importante ter isso em mente ao discutir dosagem e concentração em termos de porcentagem de saturação ou supersaturação.
A Tabela 2 mostra a concentração dos gases dissolvidos na saturação se sua pressão atmosférica for de um atm (no SATP).
A saturação é geralmente mencionada em termos da concentração de gás obtida em sua pressão parcial atmosférica normal (como fizemos para N2 acima) ou na concentração obtida se o gás acima da solução for apenas o gás puro de interesse a uma pressão igual a uma atmosfera (atm).
A pressão de 1 atm é usada porque é a pressão atmosférica normal ao nível do mar.
Mesa 2. A concentração de equilíbrio (saturação) de alguns gases atmosféricos comuns em água a uma pressão parcial de um atm.
| Gás | Constante de Henry (KH) aos 25 °C. (Latm/mol) | Concentração em Água uma | |
| mmol/L | mg/L | ||
| Nitrogênio (N2) | 1639.34 | 0.61 | 17.10 |
| Oxigênio (O2) | 769.23 | 1.30 | 41.60 |
| *Dióxido de carbono (CO2) | 29.41 | 34.00 | 1496.43 |
| Néon (Ne) | 2222.22 | 0.45 | 9.10 |
| Hélio (Ele) | 2702.70 | 0.37 | 1.50 |
| Hidrogênio (H2) | 1282.05 | 0.78 | 1.57 |
Todos os cálculos são feitos a 1 atm do gás puro
* Esta espécie participa de reações ácido-base quando dissolvida em água (ou seja, CO2 +H2O =>H2CO3) e, como tal, não é um gás ideal e foge da lei de Henry
Os valores da Tabela 2 foram calculados pela lei de Henry. Por exemplo, a concentração de gás hidrogênio (H2) usando a lei de Henry foi obtida dividindo P (que neste caso é 1 atm) por KH para obter a concentração (C).
A Tabela 1 mostra que o KH para o gás hidrogênio é 1282,05. Isso nos dá 7,8 x 10-4 M ou 0,78 mmol/L. Ao converter a molaridade para miligramas por litro, obtemos 1,57 mg/L de H2 (aq) ou cerca de 1,6 ppm.
Isso significa que há quase dois milhões de vezes mais moléculas de hidrogênio em uma solução saturada (pressão de H2 puro a 1 atm) em comparação com o que é normalmente encontrado na água.
MEIA-VIDA DE H2 EM SOLUÇÃO
Assim como se abre uma lata de refrigerante, assim que a água H2 é exposta aos gases e à pressão atmosférica normal, a concentração de H2 diminui até ficar em equilíbrio com a pressão parcial de H2 na atmosfera, que seria uma concentração de 8,67 x 10-7 mg/L.
Como o gás hidrogênio é a menor molécula do universo, ele também será capaz de se difundir por todos os plásticos e muitos outros recipientes. O hidrogênio, portanto, tem a maior taxa de efusão de todos os gases.
A taxa de exsolução e dissipação de H2 da água é diretamente afetada principalmente pela temperatura, agitação e área de superfície. Um recipiente aberto de 500 mL de água hidrogenada dissolvida tem uma meia-vida de cerca de duas horas.
Portanto, se deixado ao ar livre sem turbulência à temperatura ambiente com uma concentração inicial de H2 de 1,6 mg/L, a concentração provavelmente seria de cerca de 0,8 mg/L após duas horas. No entanto, a taxa de dissipação não é exatamente linear.
A linha inferior
Na realidade, quando outros gases (oxigênio, nitrogênio, etc.) são incluídos na água, a concentração máxima de hidrogênio na água é reduzida.
Nesse caso, a concentração máxima de hidrogênio é de pouco mais de 1000 ppb (1 ppm).
Em conclusão, todos os produtos que introduzem 1600ppb ou mais entre água de hidrogênio ou máquinas de água de hidrogênio para beber são produtos falsos.
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