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氢松讲堂第10讲之氢气溶于水?氢水浓度算给你看!
来源: | 作者:格翰氢 | 发布时间: 2020-07-23 | 1764 次浏览:2344 | 分享到:

氢气溶于水吗?                                                      

以前初中化学课,老师会说如果要计算某些气体的体积最简单的方式就是利用「排水集气法」,也就是将量杯装满水后倒放在水盆中,再将预测量的气体打入,此时量杯的水位会开始下降,代表气体将水往下挤压,而空出来没有水的空间就是气体的体积了。初中老师一定会说明:要能使用排水集气法来测量气体积,有个重要的前提,那就是该气体不溶于水,而氢气被归类成可利用排水集气法测量体积的气体,也因此许多人都认为氢气是不溶于水的!


初中实验课常利用排水集气法来计算气体体积


那么,初中老师错了吗?其实也不是,最大的差别在于单位量级的不同。其实非常微量的氢气是可以溶进水中的,只是在初中化学课或日常生活中这个量小到可以忽略不计;因为氢气在标准条件下(一大气压、摄氏20度),1公斤的水最多只能溶进1.6毫克的氢气。


氢水的浓度

虽然氢气可以溶于水,但由于量实在太少,因此需要使用较小的单位来表示氢水的浓度,而最常见的就是ppm或ppb。


我们先来看什么是ppm,ppm其实是“parts per million”的缩写,从字面上翻译可知ppm就是「百万分之一」,因此1 ppm就代表「一百万分之一」,5 ppm就代表「一百万分之五」。


那氢水1 ppm的意义为何呢?完整来说有两种意义,分别是「体积浓度」与「质量浓度」。以体积浓度而言,代表1公升的水里含有1微升的氢气;以质量浓度而言,则是指1公斤的水含有1毫克的氢气。


 对水素水稍有研究的朋友可能会听说:「标准条件下,一大气压下、摄氏20度,氢气溶于水的最大物理极限是1.6 ppm」,这里的ppm指的「质量浓度」。质量浓度与体积浓度彼此之间是可以换算的,只需要将质量的单位转换成体积单位。


以氢水为例,1.6ppm质量浓度代表:1公斤的水含有1.6毫克的氢气。在标准条件下,水的密度是0.998(kg/L),代表1公斤的水相当于1.002公升,而氢气的密度为0.0837(g/L),可推算出1.6毫克的氢气相当于0.019公升的氢气,就等于19,000微升,因此饱和氢水的体积浓度会是18,962 ppm(19,000/1.002),但这样的显示方式太不直觉,因此会转换成百分率方便识别,因此18,962 ppm约为0.019(18,962/1,000,000),就等于1.9%。

          
说完ppm后,要理解ppb就简单许多了,所谓的ppb就是“parts per billion”的缩写,换句话说就是比ppm再小1,000倍的浓度单位,所以若饱和氢水的质量浓度是1.6ppm的话,就相当于1,600 ppb。


生物医学上的浓度单位

除了ppm、ppb外,还有一个在生物医学领域上常用的单位「体积莫耳浓度」。而在氢气氢水的实验中我们最常看见的体积莫耳浓度是「毫莫耳每升」(mM)。


毫莫耳每升(mM)代表的是每一公升的水含有几毫莫耳的氢气。同样的毫莫耳每升与ppm、ppb彼此之间也可转换,我们以质量浓度ppm为例,示范两个单位之间如何转换。


根据上述,标准条件下,饱和氢水的质量浓度为1.6 ppm,代表1公斤的水中含有1.6毫克的氢气。与上面的计算相同,一公斤的水相当于1.002公升,而1.6毫克的氢气是几毫莫耳呢?因为氢气是由两个氢原子所组成,故分子量为2,代表1莫耳的氢气,它的质量是2克,所以1.6毫克的氢气,就相当于0.8毫莫耳的氢气(1.6/2),因此可以得到:质量浓度1.6 ppm的饱和氢水,相当于0.798(0.8/1.002)mM的体积莫耳浓度。

 

氢水这么低的浓度有作用吗

虽然微量的氢气可以溶进水中,但它能发挥作用吗?虽然在日常生活中不管是ppm或毫莫耳(mM)都很小,但是对于生物、医学领域来说却是一个不小的浓度单位,许多药物的剂量都在这个级别上,甚至更小。

而根据国际氢分子标准协会(IHSA)于2017年的文件显示,氢水浓度只要高于质量浓度的0.5 ppm,就能产生生物学上的效应。


结论

仅管氢气只有极少的量能溶进水中,但这么少的量就足以发挥强大的功能,帮助我们清除坏自由基,达到健康美容的效果。我们可以透过氧气溶于水中的情况做为比较,氧气在初中化学中也被归类为不溶于水的气体,但氧气与氢气一样,其实都有能微量的溶于水中,否则水里的鱼不就无法得到氧气生存下去了呢?