氫鬆講堂第十講 ─ 氫氣溶於水?氫水濃度算給你看!

2494
0
分享此篇文章
氫氣氫水 健康

鯉魚兒的 Line@ 帳號目前已有 300 名朋友加入,其中超過 100 多位粉絲直接私訊鯉魚兒相關的問題,踴躍的程度遠超過原來的預期,這邊先謝謝大家的提問,而蠻多朋友都有一個共同的疑問:氫氣不是不溶於水嗎?所以氫水是假的嗎?

 

氫氣能溶於水嗎?

以前國中化學課,老師會說如果要計算某些氣體的體積最簡單的方式就是利用「排水集氣法」,也就是將量杯裝滿水後倒放在水盆中,再將預測量的氣體打入,此時量杯的水位會開始下降,代表氣體將水往下擠壓,而空出來沒有水的空間就是氣體的體積了。國中老師一定會說明:要能使用排水集氣法來測量氣體積,有個重要的前提,那就是該氣體不溶於水,而氫氣被歸類成可利用排水集氣法量測體積的氣體,也因此許多人都認為氫氣是不溶於水的!

氫氣 排水集氣法

國中實驗課常利用排水集氣法來計算氣體體積

 

那麼,國中老師錯了嗎?其實也不是,最大的差別在於單位量級的不同。其實非常微量的氫氣是可以溶進水中的,只是在國中化學課或日常生活中這個量小到可以忽略不計;因為氫氣在標準條件下(一大氣壓、攝氏 20 度),1 公斤的水最多只能溶進 1.6 毫克的氫氣。

 

氫水的濃度

雖然氫氣可以溶於水,但由於量實在太少,因此需要使用較小的單位來表示氫水的濃度,而最常見的就是 ppm 或 ppb。

我們先來看什麼是 ppm ,ppm 其實是 “parts per million” 的縮寫,從字面上翻譯可知 ppm 就是「百萬分之一」,因此 1 ppm 就代表「一百萬分之一」, 5 ppm 就代表「一百萬分之五」。

那氫水 1 ppm 的意義為何呢?完整來說有兩種意義,分別是「體積濃度」與「質量濃度」。以體積濃度而言,代表 1 公升的水裡含有 1 微升的氫氣;以質量濃度而言,則是指 1 公斤的水含有 1 毫克的氫氣。

對水素水稍有研究的朋友可能會聽說:「標準條件下,一大氣壓下、攝氏 20 度,氫氣溶於水的最大物理極限是 1.6 ppm」,這裡的 ppm 指的「質量濃度」。質量濃度與體積濃度彼此之間是可以換算的,只需要將質量的單位轉換成體積單位。

以氫水為例,1.6ppm 質量濃度代表:1 公斤的水含有 1.6 毫克的氫氣。在標準條件下,水的密度是 0.998(kg/L),代表 1 公斤的水相當於 1.002 公升,而氫氣的密度為 0.0837(g/L),可推算出 1.6 毫克的氫氣相當於 0.019 公升的氫氣,就等於 19,000 微升,因此飽和氫水的體積濃度會是 18,962 ppm (19,000/1.002),但這樣的顯示方式太不直覺,因此會轉換成百分率方便識別,因此 18,962 ppm 約為 0.019 (18,962/1,000,000) ,就等於 1.9%。

氫氣氫水濃度計算

氫氣氫水濃度計算氫氣氫水濃度計算

說完 ppm 後,要理解 ppb 就簡單許多了,所謂的 ppb 就是 “parts per billion” 的縮寫,換句話說就是比 ppm 再小 1,000 倍的濃度單位,所以若飽和氫水的質量濃度是 1.6ppm 的話,就相當於 1,600 ppb。

 

生物醫學上的濃度單位

除了ppm、ppb 外,還有一個在生物醫學領域上常用的單位「體積莫耳濃度」。而在氫氣氫水的實驗中我們最常看見的體積莫耳濃度是「毫莫耳每升」(mM)。

毫莫耳每升(mM)代表的是每一公升的水含有幾毫莫耳的氫氣。同樣的毫莫耳每升與 ppm、ppb 彼此之間也可轉換,我們以質量濃度 ppm 為例,示範兩個單位之間如何轉換。

根據上述,標準條件下,飽和氫水的質量濃度為 1.6 ppm,代表 1 公斤的水中含有 1.6 毫克的氫氣。與上面的計算相同,一公斤的水相當於 1.002 公升,而 1.6毫克的氫氣是幾毫莫耳呢?因為氫氣是由兩個氫原子所組成,故分子量為 2 ,代表 1 莫耳的氫氣,它的質量是 2 克,所以 1.6 毫克的氫氣,就相當於 0.8 毫莫耳的氫氣(1.6/2),因此可以得到:質量濃度 1.6 ppm 的飽和氫水,相當於 0.798(0.8/1.002) mM 的體積莫耳濃度。

氫氣氫水濃度計算氫氣氫水莫耳濃度計算

氫氣氫水莫耳濃度計算

 

氫水這麼低的濃度有作用嗎

雖然微量的氫氣可以溶進水中,但它能發揮作用嗎?雖然在日常生活中不管是 ppm 或毫莫耳(mM) 都很小,但是對於生物、醫學領域來說卻是一個不小的濃度單位,許多藥物的劑量都在這個級別上,甚至更小。

而根據國際氫分子標準協會(IHSA)於 2017 年的文件顯示,氫水濃度只要高於質量濃度的 0.5 ppm,就能產生生物學上的效應。

 

結論

僅管氫氣只有極少的量能溶進水中,但這麼少的量就足以發揮強大的功能,幫助我們清除壞自由基,達到健康美容的效果。我們可以透過氧氣溶於水中的情況做為比較,氧氣在國中化學中也被歸類為不溶於水的氣體,但氧氣與氫氣一樣,其實都有能微量的溶於水中,否則水裡的魚不就無法得到氧氣生存下去了呢?

 

 

分享此篇文章