氫鬆講堂第十講 ─ 氫氣溶於水？氫水濃度算給你看！
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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！
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%。
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？
