ความเข้มข้นของไฮโดรเจนในน้ำ
ความเข้มข้นของก๊าซไฮโดรเจน (H2) ในน้ำมักรายงานเป็นโมลาริตี (โมล/ลิตร (M) หรือ มิลลิโมล/L mM) ส่วนในล้านส่วน (ppm) ส่วนในพันล้านส่วน (ppb) หรือมิลลิกรัมต่อลิตร (mg/ ล). ในความเข้มข้นที่เจือจาง 1 ppm มีค่าเท่ากับ 1 มก./ลิตร และมักใช้แทนกันได้
มวลโมลาร์ของไฮโดรเจนโมเลกุลประมาณ 2 มก./มิลลิโมล ดังนั้น 1 มก. จึงเท่ากับ 0.5 โมล ดังนั้น 1,000 ppb = 1 ppm = 1 มก./ลิตร =0.5 มิลลิโมลาร์
ความเข้มข้นของก๊าซไฮโดรเจน (H2) ในน้ำธรรมดา (เช่น น้ำประปา ขวด กรอง ฯลฯ) อยู่ที่ประมาณ 8.65 x 10-7 มก./ลิตร กล่าวอีกนัยหนึ่ง มี H2 น้อยกว่าหนึ่งในแปดล้านมิลลิกรัม
ดังนั้นจึงไม่มีค่าการรักษาของ H2 ที่ความเข้มข้นต่ำเช่นนี้ในน้ำกรองปกติ การศึกษาโดยใช้ ก๊าซไฮโดรเจนที่ละลายในน้ำ ช่วงตั้งแต่ 0.5 มก./ลิตร ถึง 1.6+ มก./ลิตร โดยการศึกษาส่วนใหญ่ใช้ความเข้มข้นที่ใกล้เคียง 1.6 มก./ล (1.6 ppm หรือ 0.8 mM).
ในเอกสารทางวิทยาศาสตร์ ความเข้มข้น 1.6 มก./ลิตร (1.6 ppm หรือ 0.8 mM) ถือเป็นความเข้มข้นที่ “ความอิ่มตัว”
เนื่องจากจะมีความเข้มข้นเท่ากับก๊าซไฮโดรเจนที่มีความดันเท่ากับความดันที่ระดับน้ำทะเล ซึ่งเท่ากับ 760 mm-ปรอท (760 torrs, 101.325 kPa, 1.01325 Barr หรือ 14.69595 psi) เท่ากับ 1 บรรยากาศ (ATM)
ด้านล่างนี้เป็นคำอธิบายเกี่ยวกับความสามารถในการละลายของก๊าซต่างๆ ในน้ำ ตามด้วยการเน้นที่ความสามารถในการละลายของโมเลกุลไฮโดรเจน
ความสามารถในการละลายของก๊าซในน้ำ
ปริมาณของก๊าซที่ละลายในน้ำนั้นขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิเป็นหลัก ตามกฎของเฮนรี่ ความเข้มข้นของก๊าซใดๆ ในน้ำจะแปรผันโดยตรงกับความดันบางส่วนของก๊าซเหนือน้ำ
ซึ่งหมายความว่าหากความดันของแก๊สเพิ่มขึ้น ปริมาณของแก๊สที่ละลายในน้ำก็เพิ่มขึ้นด้วย นี่คือวิธีที่บริษัทต่างๆ ผลิตเครื่องดื่มอัดลม พวกเขาเพิ่มความดันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ซึ่งส่งผลให้มีก๊าซละลายในเครื่องดื่มมากขึ้น
ความสามารถในการละลายของก๊าซในน้ำยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมี/กายภาพภายในของก๊าซ (เช่น ความสามารถในการเกิดขั้ว ขนาด ความไม่ชอบน้ำ ฯลฯ)
ดังนั้นก๊าซแต่ละชนิดจึงมีค่าคงที่ในการละลายที่แตกต่างกัน เราเรียกค่าคงที่ของก๊าซที่สามารถละลายได้เหล่านี้ว่า "ค่าคงที่ของเฮนรี่" (KH) ซึ่งถูกกำหนดจากการทดลองที่ความดันและอุณหภูมิเฉพาะ ความเข้มข้นของก๊าซใด ๆ สามารถคำนวณได้ง่ายโดยใช้รูปแบบต่อไปนี้ของกฎของเฮนรี่:
ค=พี/เคชม
โดยที่ C แทนความเข้มข้นของก๊าซที่ละลาย (โมล/ลิตร) KH คือคุณลักษณะคงที่ของก๊าซเฉพาะ (Latm/mol) และ P แทนความดันบางส่วนของก๊าซจำเพาะเหนือสารละลาย (atm)
ตารางที่ 1 แสดงความเข้มข้นของก๊าซบรรยากาศต่างๆ ในน้ำที่ SATP (Standard Ambient Temperature and Pressure) ซึ่งคำนวณโดยใช้กฎของ Henry
ตารางที่ 1. ความเข้มข้นสมดุล (ความอิ่มตัว) ของก๊าซในบรรยากาศทั่วไปบางชนิดในน้ำที่ความดันบรรยากาศบางส่วนตามลำดับตามธรรมชาติ
| แก๊ส | องค์ประกอบของแก๊ส ในบรรยากาศ (%) | ค่าคงที่ของเฮนรี่ (พชม) เวลา 25 °ค. (ล*atm/โมล) | ความเข้มข้นตามปกติ ในน้ำ | |
| (มิลลิโมล/ลิตร) | (มก./ลิตร) | |||
| ไนโตรเจน (N2) | 78.08 | 1639.34 | 0.48 | 13.34 |
| ออกซิเจน (O2) | 20.95 | 769.23 | 0.27 | 8.71 |
| *คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) | 3.97×10-2 | 29.41 | 1.35×10-9 | 5.94×10-8 |
| นีออน (เน) | 1.82 x 10-3 | 2222.22 | 8.18×10-3 | 0.17 |
| ฮีเลียม (เขา) | 5.24×10-4 | 2702.70 | 1.94×10-6 | 7.76×10-6 |
| ไฮโดรเจน (H2) | 5.50 x 10-5 | 1282.05 | 4.29×10-7 | 8.65×10-7 |
ความอิ่มตัว
ความอิ่มตัวของแก๊สในน้ำหมายถึงเมื่อความดันของแก๊สเหนือสารละลายเท่ากับ (เช่น ที่สภาวะสมดุลกับ) ความดันของแก๊สในสารละลาย ดังนั้นความอิ่มตัวขึ้นอยู่กับความดันบางส่วนของก๊าซที่สนใจ
ตัวอย่างเช่น หากคุณวางแก้วน้ำบริสุทธิ์ที่ไม่มีก๊าซใดๆ ละลายอยู่ในนั้นบนเคาน์เตอร์แล้วปล่อยทิ้งไว้ ก๊าซในชั้นบรรยากาศ (เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ฯลฯ) จะเริ่มละลายลงไปในน้ำจนกว่า ปริมาณก๊าซที่ไหลลงสู่น้ำเท่ากับปริมาณก๊าซที่ไหลออกจากน้ำ
หลักการนี้ยังอธิบายว่าทำไมโซดาป๊อปถึง "แบน" ในที่สุด เมื่อเปิดภาชนะ คาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายน้ำ (CO2) จะเริ่มไหลออกจากเครื่องดื่มทันที จนกว่าความดันของ CO2 ในเครื่องดื่มอัดลมจะเท่ากับความดันของ CO2 ในบรรยากาศ
โดยทั่วไปแล้วความอิ่มตัวจะพูดถึงในแง่ของความเข้มข้นของก๊าซที่ได้รับจากความดันบางส่วนของชั้นบรรยากาศปกติ (เช่นที่เราทำกับ N2 ด้านบน) หรือที่ความเข้มข้นที่ได้รับหากก๊าซเหนือสารละลายเป็นเพียงก๊าซบริสุทธิ์ที่น่าสนใจที่ความดันเท่ากัน สู่บรรยากาศเดียว (atm)
ใช้ความดัน 1 atm เพราะเป็นความดันบรรยากาศปกติที่ระดับน้ำทะเล
คำจำกัดความของความอิ่มตัวหลังนี้เป็นวิธีที่เว็บไซต์ MHF และบทความทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากใช้คำนี้ นี่เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึงเมื่อพูดถึงปริมาณและความเข้มข้นในแง่ของเปอร์เซ็นต์ความอิ่มตัวหรือความอิ่มตัวสูง
ตารางที่ 2 แสดงความเข้มข้นของก๊าซที่ละลายเมื่ออิ่มตัว ถ้าความดันบรรยากาศเท่ากับ 1 atm (ที่ SATP)
โดยทั่วไปแล้วความอิ่มตัวจะพูดถึงในแง่ของความเข้มข้นของก๊าซที่ได้รับจากความดันบางส่วนของชั้นบรรยากาศปกติ (เช่นที่เราทำกับ N2 ด้านบน) หรือที่ความเข้มข้นที่ได้รับหากก๊าซเหนือสารละลายเป็นเพียงก๊าซบริสุทธิ์ที่น่าสนใจที่ความดันเท่ากัน สู่บรรยากาศเดียว (atm)
ใช้ความดัน 1 atm เพราะเป็นความดันบรรยากาศปกติที่ระดับน้ำทะเล
ตารางที่ 2 ความเข้มข้นสมดุล (ความอิ่มตัว) ของก๊าซในบรรยากาศทั่วไปบางชนิดในน้ำที่ความดันบางส่วน 1 atm
| แก๊ส | ค่าคงที่ของเฮนรี่ (พชม) เวลา 25 °ค. (ลatm/โมล) | ความเข้มข้นในน้ำ ก | |
| มิลลิโมล/ลิตร | มก./ลิตร | ||
| ไนโตรเจน (N2) | 1639.34 | 0.61 | 17.10 |
| ออกซิเจน (O2) | 769.23 | 1.30 | 41.60 |
| *คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) | 29.41 | 34.00 | 1496.43 |
| นีออน (เน) | 2222.22 | 0.45 | 9.10 |
| ฮีเลียม (เขา) | 2702.70 | 0.37 | 1.50 |
| ไฮโดรเจน (H2) | 1282.05 | 0.78 | 1.57 |
การคำนวณทั้งหมดจะทำที่ 1 atm ของก๊าซบริสุทธิ์
* สปีชีส์นี้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยากรดเบสเมื่อละลายในน้ำ (เช่น CO2 +H2O =>H2CO3) ดังนั้นจึงไม่ใช่ก๊าซในอุดมคติและผิดไปจากกฎของเฮนรี
ค่าในตารางที่ 2 คำนวณโดยใช้กฎของเฮนรี่ ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นของก๊าซไฮโดรเจน (H2) โดยใช้กฎของ Henry ได้มาจากการหาร P (ซึ่งในกรณีนี้คือ 1 atm) ด้วย KH เพื่อให้ได้ความเข้มข้น (C)
ตารางที่ 1 แสดงว่า KH สำหรับก๊าซไฮโดรเจนคือ 1282.05 ซึ่งให้ค่า 7.8 x 10-4 M หรือ 0.78 mmol/L โดยการแปลงโมลาริตีเป็นมิลลิกรัมต่อลิตร เราจะได้ H2 (aq) 1.57 มก./ลิตร หรือประมาณ 1.6 ppm
ซึ่งหมายความว่ามีโมเลกุลไฮโดรเจนเกือบสองล้านเท่าในสารละลายอิ่มตัว (ความดันของ H2 บริสุทธิ์ที่ 1 atm) เมื่อเทียบกับที่พบในน้ำตามปกติ
ครึ่งชีวิตของ H2 ในการแก้ปัญหา
เช่นเดียวกับการเปิดกระป๋องโซดา ทันทีที่น้ำ H2 สัมผัสกับก๊าซและความดันในบรรยากาศปกติ ความเข้มข้นของ H2 จะลดลงจนกระทั่งอยู่ในสภาวะสมดุลกับความดันบางส่วนของ H2 ในบรรยากาศ ซึ่งจะเท่ากับความเข้มข้น 8.67 x 10-7 มก./ล.
เนื่องจากก๊าซไฮโดรเจนเป็นโมเลกุลที่เล็กที่สุดในจักรวาล จึงสามารถแพร่กระจายผ่านพลาสติกทั้งหมดและภาชนะอื่น ๆ อีกมากมาย ดังนั้นไฮโดรเจนจึงมีอัตราการไหลออกสูงสุดในบรรดาก๊าซทั้งหมด
อัตราการแตกตัวของ H2 และการกระจายตัวออกจากน้ำได้รับผลกระทบโดยตรงจากอุณหภูมิ ความปั่นป่วน และพื้นที่ผิวเป็นหลัก น้ำไฮโดรเจนที่ละลายในภาชนะเปิดขนาด 500 มล. มีครึ่งชีวิตประมาณสองชั่วโมง
ดังนั้น หากปล่อยทิ้งไว้ในที่โล่งโดยไม่มีการปั่นป่วนที่อุณหภูมิห้องโดยมีความเข้มข้นของ H2 เริ่มต้นที่ 1.6 มก./ลิตร ความเข้มข้นน่าจะอยู่ที่ประมาณ 0.8 มก./ลิตร หลังจากผ่านไปสองชั่วโมง อย่างไรก็ตาม อัตราการสลายตัวไม่ได้เป็นเชิงเส้นตรง
บรรทัดล่าง
ในความเป็นจริง เมื่อมีก๊าซอื่นๆ (ออกซิเจน ไนโตรเจน ฯลฯ) รวมอยู่ในน้ำ ความเข้มข้นสูงสุดของไฮโดรเจนในน้ำจะลดลง
ในกรณีนี้ ความเข้มข้นของไฮโดรเจนสูงสุดคือมากกว่า 1,000 ppb (1 ppm) เล็กน้อย
โดยสรุป ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่แนะนำ 1600ppb หรือสูงกว่าในน้ำไฮโดรเจนหรือเครื่องทำน้ำไฮโดรเจนสำหรับดื่มนั้นเป็นผลิตภัณฑ์เท็จ
ไทย 
English 
Español 
简体中文 
العربية 
हिन्दी 
Deutsch 
Français 
Italiano 
Português 
Nederlands 
Polski 
Čeština 
Svenska 
Русский 
Türkçe 
한국어 
日本語 
Bahasa Indonesia 
Tiếng Việt