Hoppa till innehåll
logotyp-5

Den maximala koncentrationen av väte i vatten

KONCENTRATION AV VÄTE I VATTEN

Koncentrationen av vätgas (H2) i vatten rapporteras ofta i molaritet (mol/liter (M) eller milimol/L mM), miljondelar (ppm), delar per miljard (ppb) eller milligram per liter (mg/ L). I utspädda koncentrationer är 1 ppm ungefär detsamma som 1 mg/L och de används ofta omväxlande. 

Molekylär massa av molekylärt väte är cirka 2 mg/millimol och så 1 mg är ungefär samma som 0,5 mol så 1000 ppb = 1 ppm = 1 mg/L = 0,5 mM.

Koncentrationen av vätgas (H2) i vanligt vatten (t.ex. kran, buteljerat, filtrerat etc.) är cirka 8,65 x 10-7 mg/L. Med andra ord finns det mindre än en åtta miljondels mg H2. 

Det finns därför inget terapeutiskt värde av H2 vid en så låg koncentration i normalt filtrerat vatten. Studier med hjälp av vätgas löst i vatten varierar från 0,5 mg/L till 1,6+ mg/L, med de flesta studier som använder en koncentration nära 1,6 mg/L (1,6 ppm eller 0,8 mM).

I vetenskaplig litteratur anses koncentrationen på 1,6 mg/L (1,6 ppm eller 0,8 mM) vara koncentrationen vid "mättnad". 

För det är vad koncentrationen skulle vara om bara vätgas fanns närvarande med ett tryck lika med trycket vid havsnivån, vilket är 760 mm-kvicksilver (760 torrs, 101,325 kPa, 1,01325 Barr, eller 14,69595 psi,) också lika med ett atmosfär (atm). 

Nedan följer en förklaring av olika gasers löslighet i vatten följt av fokus på lösligheten av molekylärt väte.

LÖSLIGHET AV GAS I VATTEN

En öppen behållare med vatten (t.ex. kranvatten, vatten på flaska, etc.) kommer att innehålla små mängder av alla gaser i atmosfären, såsom kväve, syre, koldioxid och en mycket liten mängd andra gaser (t.ex. neon, helium) väte, etc.).

Mängden gas löst i vattnet är i första hand en funktion av tryck och temperatur. Enligt Henrys lag är koncentrationen av vilken gas som helst i vatten direkt proportionell mot partialtrycket för den gasen ovanför vattnet. 

Detta betyder att om trycket på den gasen ökar, så ökar också mängden av den gasen som är löst i vattnet. Det är så företag producerar kolsyrade drycker; de ökar trycket av koldioxid (CO2), vilket resulterar i att mer gas löses upp i drycken.

Gasens löslighet i vatten beror också på gasens inneboende kemiska/fysikaliska egenskaper (t.ex. polariserbarhet, storlek, hydrofobicitet, etc.). 

Därför har varje gas en annan löslighetskonstant. Vi kallar dessa löslighetsgaskonstanter för "Henrys konstanter" (KH), som bestäms experimentellt vid specifika tryck och temperaturer. Koncentrationen av vilken gas som helst kan lätt beräknas genom att använda följande form av Henrys lag:

C= P/KH

där C representerar koncentrationen av den lösta gasen (mol/L), KH är en konstant egenskap hos den speciella gasen (Latm/mol), och P representerar partialtrycket för den specifika gasen ovanför lösningen (atm). 

Tabell 1 visar koncentrationen av olika atmosfäriska gaser i vatten vid SATP (Standard Ambient Temperature and Pressure), som beräknades med hjälp av Henrys lag.

Bord 1. Jämviktskoncentrationen (mättnad) av vissa vanliga atmosfäriska gaser i vatten vid deras naturliga respektive atmosfäriska partialtryck.

GasGasens sammansättning
i atmosfären (%)
Henrys konstant (KH)
vid 25 
°C. (L*atm/mol)
Koncentration Normalt
i vatten
(mmol/L)(mg/L)
Kväve (N2)78.081639.340.4813.34
Syre (O2)20.95769.230.278.71
*Koldioxid (CO2)3,97×10-229.411,35×10-95,94×10-8
Neon (Ne)1,82 x 10-32222.228,18×10-30.17
Helium (He)5,24×10-42702.701,94×10-67,76×10-6
Väte (H2)5,50 x 10-51282.054,29×10-78,65×10-7
* Denna art deltar i syra-basreaktioner när den löses i vatten (dvs CO2 +H2O =>H2CO3), och som sådan är den inte en idealisk gas och avviker från Henrys lag.

MÄTTNAD

Mättnad av en gas i vatten definieras som när gasens tryck ovanför lösningen är lika med (dvs i jämvikt med) trycket för gasen i lösningen. Därför beror mättnad på partialtrycket för gasen av intresse.

Om du till exempel placerar ett glas rent vatten med absolut inga gaser lösta i det på bänken och låter det sitta, så kommer atmosfärsgaserna (t.ex. syre, kväve, koldioxid etc.) att börja lösas upp i vattnet tills mängden gas som går ut i vattnet är lika med mängden gas som går ut ur vattnet.

Denna princip förklarar också varför läsk så småningom blir "platt". När behållaren öppnas kommer den lösta koldioxiden (CO2) omedelbart att börja strömma ut från drycken tills trycket av CO2 i den kolsyrade drycken är lika med trycket av CO2 i atmosfären.

Mättnad talas i allmänhet om antingen koncentrationen av gas som erhålls vid dess normala atmosfäriska partialtryck (som vi gjorde för N2 ovan) eller vid den koncentration som erhålls om gasen ovanför lösningen endast är den rena gasen av intresse vid ett tryck lika med till en atmosfär (atm). 

Ett tryck på 1 atm används eftersom det är det normala atmosfärstrycket vid havsnivån.

Denna senare definition av mättnad är hur denna MHF-webbplats och många vetenskapliga artiklar använder termen. Detta är viktigt att ha i åtanke när man diskuterar dosering och koncentration när det gäller andelen mättnad eller övermättnad.

Tabell 2 visar koncentrationen av de lösta gaserna vid mättnad om deras atmosfärstryck var en atm (vid SATP).

Mättnad talas i allmänhet om antingen koncentrationen av gas som erhålls vid dess normala atmosfäriska partialtryck (som vi gjorde för N2 ovan) eller vid den koncentration som erhålls om gasen ovanför lösningen endast är den rena gasen av intresse vid ett tryck lika med till en atmosfär (atm). 

Ett tryck på 1 atm används eftersom det är det normala atmosfärstrycket vid havsnivån.

Tabell 2. Jämviktskoncentrationen (mättnad) av vissa vanliga atmosfäriska gaser i vatten vid ett partialtryck av en atmosfär.

GasHenrys konstant (KH) vid 25 °C. (Latm/mol)Koncentration i vatten a
mmol/Lmg/L
Kväve (N2)1639.340.6117.10
Syre (O2)769.231.3041.60
*Koldioxid (CO2)29.4134.001496.43
Neon (Ne)2222.220.459.10
Helium (He)2702.700.371.50
Väte (H2)1282.050.781.57

Alla beräkningar görs vid 1 atm av den rena gasen

* Denna art deltar i syra-basreaktioner när den löses i vatten (dvs CO2 +H2O =>H2CO3), och som sådan är den inte en idealisk gas och avviker från Henrys lag

Värdena i tabell 2 beräknades med Henrys lag. Till exempel erhölls koncentrationen av vätgas (H2) med Henrys lag genom att dividera P (som i detta fall är 1 atm) med KH för att få koncentrationen (C).

Tabell 1 visar att KH för vätgas är 1282,05. Detta ger oss 7,8 x 10-4 M eller 0,78 mmol/L. Genom att omvandla molaritet till milligram per liter får vi 1,57 mg/L H2 (aq) eller cirka 1,6 ppm.

Det betyder att det finns nästan två miljoner gånger fler vätemolekyler i en mättad lösning (tryck av ren H2 vid 1 atm) jämfört med vad som normalt finns i vatten.

HALVVERKSTID FÖR H2 I LÖSNING

Som att öppna en burk läsk, så snart H2-vattnet utsätts för normala atmosfäriska gaser och tryck, minskar koncentrationen av H2 tills den är i jämvikt med partialtrycket av H2 i atmosfären, vilket skulle vara en koncentration på 8,67 x 10-7 mg/L. 

Eftersom vätgas är den minsta molekylen i universum kommer den också att kunna diffundera genom all plast och många andra behållare. Väte har därför den högsta utflödeshastigheten av alla gaser.

Hastigheten för H2-utlösning och avledning från vattnet påverkas direkt i första hand av temperatur, omrörning och ytarea. En 500 ml öppen behållare med löst vätevatten har en halveringstid på cirka två timmar.

Därför, om den lämnas ute i det fria utan turbulens vid rumstemperatur med en initial H2-koncentration på 1,6 mg/L, skulle koncentrationen troligen vara runt 0,8 mg/L efter två timmar. Emellertid är spridningshastigheten inte exakt linjär.

Poängen

I verkligheten, när andra gaser (syre, kväve, etc.) ingår i vatten, minskar den maximala koncentrationen av väte i vattnet.
I detta fall är den maximala vätekoncentrationen lite över 1000 ppb (1 ppm).
Sammanfattningsvis är alla produkter som introducerar 1600ppb eller högre bland vätevatten- eller vätevattenmaskiner för att dricka falska produkter.

sv_SESvenska