Konzentration und Lösungsfähigkeit

Die Konzentration von Wasserstoffgas (H2) wird oft in Molarität (Mol / Liter (M) oder milimoles / l mM), Teile pro Million (ppm), parts per billion (ppb) oder Milligramm pro Liter (mg / l) angegeben. In verdünnten Konzentrationen, beträgt 1 ppm etwa die gleiche Masse wie 1 mg / L, und sie werden häufig synonym verwendet.

Die Molmasse von molekularem Wasserstoff ist etwa 2 mg / milimole und so 1 mg ist etwa die gleiche wie 0,5 Mol, so ist  1  ppm≈1 mg / L ≈0.5 mM.

Die Konzentration von Wasserstoffgas (H2) in herkömmlichen Wasser (zum Beispiel vom Wasserhahn, abgefüllt und gefiltert) ist etwa 8,65 x 10 hoh minus 7 mg / L. In anderen Worten, es ist weniger als ein Acht-millionstel mg H2. Es gibt daher keinen therapeutischen Wert von H2 bei einer solch niedrigen Konzentration in normalen gefiltertem Wasser.

 

Studien von Wasserstoffgas  verwenden in Wasser Bereich von 0,5 mg / l  mit bis 1.6+ mg / l, wobei die meisten Studien, eine Konzentration von ca 1,6 mg / l (0,8 mm) verwenden. In der wissenschaftlichen Literatur ist  die Konzentration von 1,6 mg / l (1,6 ppm oder 0,8 mm) die Konzentration bei welcher es als "Sättigung" betrachtet wird, weil es  das ist, was die Konzentration von Wasserstoffgas ist  mit einem Druck  gleich dem Druck auf der Höhe des Meeresspiegels, das ist 760 mm Quecksilber (760 Torr, 101,325 kPa, 1,01325 barr, oder 14,69595 psi) auch gleich einer Atmosphäre (atm).

 

 Im Folgenden finden Sie eine Erklärung der Löslichkeit verschiedener Gase in Wasser durch einen Fokus auf die Löslichkeit von molekularem Wasserstoff gefolgt

Lösungsfähigkeit in Wasser

Ein offener Behälter mit Wasser (beispielsweise Leitungswasser, Mineralwasser, etc.) wird geringe Mengen aller Gase in der Atmosphäre, wie Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und eine sehr geringe Menge anderer Gase enthalten (beispielsweise Neon, Helium, Wasserstoff, etc.).

 

Die Menge an Gas, die  in dem Wasser gelöst ist, ist in erster Linie ein Ergebnis von Druck und Temperatur. Nach Henrys Gesetz ist die Konzentration eines Gases in Wasser direkt proportional zu dem Partialdruck des Gases über dem Wasser. Das bedeutet, wenn der Druck des Gases erhöht, dann nimmt die Menge des Gases, das in dem Wasser gelöst ist, zu.

Dies ist  die Technik, wie Unternehmen Kohlensäure haltige Getränk  produzieren ; sie erhöhen den Druck von Kohlendioxid (CO2), je höher der Druck, desto höher das gelöste Gas.

 

Die Löslichkeit des Gases in Wasser hängt auch von den intrinsischen chemischen / physikalischen Eigenschaften des Gases ab (z.B. Polarisierbarkeit, Größe, Hydrophobizität etc.). Daher hat jedes Gas eine unterschiedliche Löslichkeit.

 

 Wir nennen diese Gaskonstanten "Henrys Konstanten" (KH), die bei bestimmten Drücken und Temperaturen experimentell bestimmt werden. Die Konzentration eines Gases kann leicht unter Verwendung der folgenden Form von Henry Gesetz berechnet werden:

C = P / KH

wobei C die Konzentration des gelösten Gases (mol / L) darstellt, KH eine konstante Kennlinie des bestimmten Gases (L ?? atm / mol) und P den Teildruck  des spezifischen Gases über der Lösung (atm).

 

Tabelle 1 zeigt die Konzentration der verschiedenen atmosphärischen Gasen in Wasser bei SATP (Standard Umgebungstemperatur und -druck), die unter Verwendung des Henry-Gesetz berechnet wurde.

 

 

 

Tabelle 1

Table 1. Die Lösungskonzentration (Sättigung) von manchen  Gasen in  bei normalen atmosphärischen Bedingungen

Sättigung

Sättigung eines Gases in Wasser wird wie folgt definiert: Wenn der Druck des Gases über der Lösung gleich (d.h. im Gleichgewicht mit) dem Druck des Gases in der Lösung ist. Daher Sättigung hängt von dem Partialdruck des Gases ab.

 

Zum Beispiel, wenn Sie ein Glas reines  Wasser nehmen mit absolut keinen darin gelösten Gasen, stellen es auf die Theke und lassen es stehen, dann beginnen  sich die atmosphärischen Gasen (zB Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, etc.) im  Wasser zu lösen, bis die Gasmenge erreicht ist,  die der Gasmenge entspricht, welche an Gas aus dem Wasser gehen.

 

Dieses Prinzip erklärt auch, warum der "soda pop" schließlich nachlässt. Nach dem Öffnen des Behälters wird das gelöste Kohlendioxid (CO2)  sofort damit beginnen, dem Getränk zu entkommen, bis der Druck von CO2 in dem kohlensäurehaltigen Getränk dem Druck des CO2 in der Atmosphäre gleich ist.

 

Die Sättigung wird im Allgemeinen benannt, entweder in Bezug auf die Konzentration des normalen atmosphärischen Partialdruck erhaltenen Gases  (wie wir es für N2 oben beschrieben oder bei der Konzentration, wenn das Gas über der Lösung  das gleiche Gas beinhaltet bei einer Atmosphäre (atm). Ein Druck von 1 atm verwendet wird, weil das der normale Atmosphärendruck auf Meereshöhe ist.

 

Diese Definition der Sättigung ist, wie die MHF Website und viele wissenschaftliche Artikel den Begriff verwenden. Dies ist wichtig, im Auge zu behalten, wenn wir über Dosierung und Konzentration in Bezug auf den Anteil der Sättigung oder Übersättigung diskutieren.

 

Tabelle 2 zeigt die Konzentration der gelösten Gase bei Sättigung, wenn ihre Atmosphärendruck waren einer atm (bei SATP).

*Diese Art beteiligt sich an Säure-Base-Reaktionen, wenn sie in Wasser (das heißt CO2 + H2O ⇌ H2CO3) gelöst ist und als solche ist sie kein ideales Gas und weicht von Henry-Gesetz ab.


Sämtliche Berechnungen bei 1 atm des reinen Gas.

* Diese Art beteiligt sich an Reaktionen der Säure-Basen, wenn sie in Wasser (das heißt CO2 + H2O ⇌ H2CO3) gelöst sind und als solches ist es kein ideales Gas und weicht von Henry-Gesetz ab.

 

Die Werte in Tabelle 2 wurden unter Verwendung von Henry-Gesetz berechnet. Zum Beispiel wurde die Konzentration von Wasserstoffgas (H2) Henrys Gesetz unter Verwendung von P dividiert (was in diesem Fall1 atm ist) von KH um  die Konzentration (C) zu erhalten. Tabelle 1 zeigt, dass  KH für Wasserstoffgas 1282,05 ist. Dies gibt uns 7,8 x 10-4 M oder 0,78 mmol / L. Durch Umwandeln der Molarität Milligramm pro Liter erhält man 1,57 mg / L H & sub2; (aq) oder etwa 1,6 ppm. Dies bedeutet, dass es fast zwei Millionen mal  Wasserstoffmoleküle  in einer gesättigten Lösung (Druck von reinem H2 bei 1 atm)  ist im Vergleich zu dem, was in der Regel in Wasser gefunden wird.

Halbwertszeit von H2 in Lösungen

Wie wenn wir eine Dose Soda öffnen nimmt die Konzentration von H2 ab, sobald  H2 Wasser dem normalen atmosphärischen Gas und Druck ausgesetzt wird,  bis er im Gleichgewicht mit den Partialdruck von H2 in der Atmosphäre ist, die eine Konzentration von 8,67 x  10-7 mg / L  hat.

 

Da Wasserstoffgas  das kleinste Molekül im Universum ist, wird es auch in der Lage sein, alle Kunststoffe und viele andere Behälter zu diffundieren. Wasserstoff hat daher die höchste Efussionsrate aller Gase. Die Geschwindigkeit des Entweichens von  H2  aus dem Wasser hängt direkt in erster Linie von Temperatur, Bewegung und die Umgebungsfläche ab. Ein 500 ml offenen Behälter an gelöstem Wasserstoff Wasser hat eine Halbwertszeit von etwa zwei Stunden. Daher wird in der offenen Flasche ohne Schütteln und Bewegung  bei Raumtemperatur  mit einer anfänglichen H2 Konzentration von 1,6 mg / L,  die Konzentration wahrscheinlich bei  etwa 0,8 mg / L nach zwei Stunden liegen. Allerdings ist die Verlustrate nicht exakt linear.