Mennyi hidrogén van valójában egy pohár hidrogénes vízben? (mg és molekulák)
Ha már ismered a palackod PPB-értékét, a „mennyi hidrogén” kérdésre úgy kaphatod meg a legegyenesebb választ, ha ezt a koncentrációt tényleges mennyiséggé alakítod, mert a PPB-érték önmagában csak arány, nem mennyiség, és ha ugyanazt az értéket két különböző térfogatú vízhez viszonyítjuk, két különböző összmennyiséget kapunk. A Hydrion Core Hidrogénes vizespalackból származó 300 ml-es adag a névleges 5 000 PPB-értékkel körülbelül 1,5 milligramm oldott hidrogént (H2) tartalmaz; az alábbiakban végigvesszük, honnan származik ez az érték, hogyan végezheted el ugyanezt az átszámítást bármely termék adatlapja alapján, és hogyan viszonyul tömeg szerint egy elfogyasztott adag a belélegző gép által kibocsátott gázhoz.
- A koncentrációérték – akár PPB-ben, akár ppm-ben adják meg – csak akkor válik hidrogénmennyiséggé, ha megszorzod azzal a térfogattal, amelyet ténylegesen megiszol. Ezért a termékek pusztán PPB alapján történő összehasonlítása félrevezető lehet, ha eltérő az adagjuk.
- A PPB milligrammra váltásához elég egy egyszerű összefüggés: mivel a víz sűrűsége közel 1 kilogramm literenként, az oldott gáz 1 PPB-je körülbelül 1 mikrogrammnak felel meg literenként.
- A molekulák számának meghatározásához további két állandóra van szükség: a H2 moláris tömegére és az Avogadro-számra. Ez az átszámítás leginkább azt szemlélteti, hogy egy egészen kis tömeg is óriási számú különálló molekulának felel meg.
- Az oldott hidrogén mennyiségének fizikai felső határát a vízbeli oldhatósága szabja meg. Ezért a frissen elkészített palackon feltüntetett magasabb értékek átmeneti, elektrolízis utáni állapotot jelölnek, nem olyan koncentrációt, amelyet a víz korlátlan ideig megtart.
Miért nem árulja el a PPB-érték, hogy mennyi hidrogént fogyasztasz?
A milliárdodrész (PPB) és a milliomodrész (ppm) a hidrogén tömegének és a víz tömegének arányát írja le. Az érték tehát megmutatja, mennyire koncentrált a víz, de önmagában semmit nem mond arról, hogy összesen mennyi hidrogént fogsz meginni. Két Hydrion-termék jól szemlélteti ezt: a Core névleges értéke egy 300 ml-es ciklus esetén legfeljebb 5 000 PPB, míg a Pulse akár 8 000 PPB-t is elér, de mindössze 280 ml-es. A kisebb palack magasabb PPB-értéke nem jelenti automatikusan azt, hogy több hidrogént juttat el hozzád; ezt csak úgy tudhatod meg, ha a térfogatot is beleszámítod, ahogyan azt a következő részben tesszük.
PPB-ről milligrammra: az egyszerű átszámítás
Az átszámítás egyetlen, a vízre vonatkozó tényen alapul: sűrűsége közel 1 kilogramm literenként, ezért a tömegarányként megadott milliárdodrészes koncentráció szinte pontosan megfelel a literenkénti mikrogrammértéknek (forrás: Wikipedia, a részekben megadott arányok jelölése). Ha tehát megszorzod a termék névleges PPB-értékét az elfogyasztott víz literben megadott térfogatával, közvetlenül megkapod az oldott hidrogén tömegét. Ugyanez a számítás minden Hydrion ivóvízkészítő formátumnál működik, ha ismered a névleges PPB-értéket és az adag térfogatát.
Core: 300 ml, 5 000 PPB
Az 5 000 mikrogramm/liter értéket 0,3 literrel megszorozva 1 500 mikrogrammot, vagyis a névleges koncentráció mellett egy teljes, 300 ml-es palackban körülbelül 1,5 mg oldott H2-t kapunk.
Pulse: 280 ml, legfeljebb 8 000 PPB
A Pulse palack 280 ml-es ciklusa a teljes, 8 000 PPB-s, 10 perces beállítással nagyjából 2,2 mg-ot ad. A gyorsabb, 5 perces mód – amelynek névleges értéke körülbelül 4 000 PPB – ugyanabból a 280 ml-ből hozzávetőleg 1,1 mg-ot biztosít. A rövidebb ciklus nem ugyanannak a mennyiségnek egy gyengébb változata: ténylegesen körülbelül feleannyi oldott hidrogént tartalmaz, nagyjából feleannyi várakozás után.
NOVA: 2 l, legfeljebb 3 000 PPB
Mivel a NOVA kancsó teljes 2 litert befogad, a legfeljebb 3 000 PPB-s, 20 perces ciklus nagyjából 6 mg-ot jelent az egész kancsóban. A gyorsabb, 10 perces, körülbelül 2 000 PPB névleges értékű beállítás ugyanennyi, 2 liter víz esetén körülbelül 4 mg-ot ad. A nagyobb térfogat itt valóban számít: bár a NOVA PPB-értéke alacsonyabb, mint a Core-é vagy a Pulse-é, a kancsó teljes hidrogéntömege nagyobb, mert egyszerűen több víz hordozza az oldott gázt.
H2 tabletta: 8 ppm 500 ml vízben
Egy Hydrion H2 tabletta névleges értéke 8 ppm, ami 8 000 PPB-nek felel meg, 500 ml vízben feloldva. Ugyanezt a szorzást alkalmazva: 8 000 mikrogramm literenként × 0,5 liter körülbelül 4 mg oldott hidrogént ad egy pohárban, miután a tabletta teljesen feloldódott.
| Termék | Térfogat | Névleges PPB | Kb. oldott H2 |
|---|---|---|---|
| Core palack | 300 ml | 5 000 | ~1,5 mg |
| Pulse palack (10 perces mód) | 280 ml | 8 000 | ~2,2 mg |
| Pulse palack (5 perces mód) | 280 ml | 4 000 | ~1,1 mg |
| NOVA kancsó (20 perces ciklus) | 2 000 ml | 3 000 | ~6 mg |
| NOVA kancsó (10 perces ciklus) | 2 000 ml | 2 000 | ~4 mg |
| H2 tabletta | 500 ml | 8 000 (8 ppm) | ~4 mg |
Ha már tudod, hány milligramm hidrogén van abban a vízmennyiségben, amelyet ténylegesen megiszol, olyan értéket kapsz, amely ugyanazt jelenti, függetlenül attól, hogy palackból, kancsóból vagy tablettával készült vízből származik. Ez tisztességesebb összehasonlítási alap, mint különböző adagméretekre megadott PPB-értékeket egymás mellé tenni.
Milligrammról molekulákra: hány H2-molekuláról van szó?
A milligrammérték molekulaszámra váltásához további két állandóra van szükség: a hidrogéngáz moláris tömegére, ami körülbelül 2,016 gramm/mol (forrás: NIST Chemistry WebBook), és az Avogadro-számra, ami körülbelül 6,022 x 10^23 molekula/mol (forrás: NIST CODATA). A moláris tömeg segítségével a tömeget anyagmennyiséggé, az Avogadro-szám segítségével pedig az anyagmennyiséget tényleges molekulaszámmá alakítjuk. A két lépés tehát egymás után következik.
A Core palackonkénti, nagyjából 1,5 mg-os értékére alkalmazva: az 1,5 mg-ot 2,016 g/mol-lal elosztva körülbelül 0,00074 mol H2-t kapunk; ezt az Avogadro-számmal megszorozva nagyjából 4,5 x 10^20 molekulához, vagyis körülbelül 450 trillióhoz jutunk. Ez ugyanannak a fizikai mennyiségnek kétféle leírása: egyszer egy konyhai mérlegen is lemérhető kis egységben, egyszer pedig az egyes részecskék megszámlálására alkalmas egységben. A második szám nagysága azt tükrözi, milyen kicsi egyetlen hidrogénmolekula, nem pedig azt, hogy megváltozott volna a palackban lévő hidrogén mennyisége.
Ebben a molekuláris hidrogénről szóló magyarázó cikkben többet megtudhatsz arról, hogy pontosan mi ez a molekula, és miért fontos a kis mérete a vízben való mozgása szempontjából. Ez a rész kizárólag mértékegység-átváltásról szól: nem mond semmit arról, hogy ezek közül a molekulák közül mennyi jut el egy adott szövethez, vagy mennyit használ fel a szervezet. Erre az átváltás matematikája önmagában nem ad választ; ez külön kérdés.
A felső határ: miért nem emelkedhet korlátlanul a PPB-érték?
A hidrogén vízbeli oldhatóságának fizikai határa van. A hidrogéngázra vonatkozó Henry-törvény állandója alapján ez a nyugalmi felső határ – ha a vizet körülbelül 1 atmoszféra nyomású hidrogéngázzal érintkezve, szobahőmérsékleten nyitva hagyjuk – nagyjából 1,6 mg/liter, vagyis körülbelül 1 600 PPB (forrás: NIST Chemistry WebBook, Henry-törvény adatai). Ez az érték azt a vízállapotot írja le, amikor a víz egyensúlyban van a fölötte lévő gázzal: koncentrációja a fizika által meghatározott szinten áll be, és addig marad ott, amíg a körülmények nem változnak.
A Core, a Pulse és a H2 tabletták 5 000–8 000 PPB-s értékei jóval meghaladják ezt a nyugalmi felső határt. Ez nem mond ellent a fizikának; a különbség oka az időzítés: az elektrolízis átmeneti, túltelített állapotba juttatja a lezárt palackot, amelyet a zárt tartályban lévő kis belső nyomás tart fenn. Amint lecsavarod a kupakot, és a nyomás megszűnik, az oldott hidrogén koncentrációja ismét a nagyjából 1 600 PPB-s nyugalmi szint felé csökken. Ezért a címkén feltüntetett PPB-érték inkább kiindulópont, nem pedig olyan érték, amelyet a víz korlátlan ideig megtart. Arról, milyen gyorsan csökken a koncentráció a palack felnyitása után, ebben a cikkben olvashatsz, amely azt mutatja be, meddig marad a hidrogén a vízben.
Mindez nem jelenti azt, hogy a feltüntetett PPB-érték pontatlan; egy frissen elkészített palack valóban a névleges koncentrációval indul. Gyakorlati szempontból az számít, milyen hamar iszod meg az elkészítés után, mert ez határozza meg, hogy a címkén szereplő értékből mennyi marad még oldott állapotban, mire hozzád kerül. Ha nem a névleges adatból szeretnéd megtudni a palack tényleges koncentrációját, hanem megmérnéd, nézd meg az oldott hidrogént mérő műszerekről szóló útmutatót; arról pedig, hogyan emelkedik a PPB-érték percről percre egyetlen ciklus során, ebben a gyártási időről szóló cikkben olvashatsz.
Ivóvízzel bevitt adag és a belélegző gép teljesítménye
A belélegző gépek a hidrogénkibocsátást gázáramlási sebességként, percenkénti milliliter gázban adják meg. Ez másféle mérőszám, mint az oldott koncentráció, ezért először azonos alapra – H2-milligrammra – kell átszámítani a két értéket ahhoz, hogy össze lehessen hasonlítani őket. A PPB-ről és ppm-ről szóló magyarázó cikk az összehasonlítás koncentrációs oldalát ismerteti; a gázoldal átszámítása a nyomás, a térfogat és a hőmérséklet közötti ideálisgáz-összefüggésen alapul, amelyben szerepel az egyetemes gázállandó (forrás: NIST CODATA).
Feltételezve, hogy a kibocsátott gáz közel szobahőmérsékletű és légköri nyomású – ez a gázáramlási értékek megadásának szokásos alapja –, 1 mol hidrogéngáz körülbelül 24,5 litert foglal el. Így a percenkénti milliliterben megadott értékből percenkénti mólszámot kapunk, majd a hidrogén moláris tömegét alkalmazva percenkénti milligrammot számíthatunk.
A Hydrion Zenith hét kibocsátási szintet tesz közzé; ezek közül kettőt – a 300 ml/percest és a 600 ml/percest – kifejezetten tiszta hidrogénként jelölnek, állításuk szerint 99,99%-os tisztasággal. E két beállításra elvégezve az átszámítást, az alacsonyabb érték nagyjából 24,7 mg H2-gázt jelent percenként, a két tisztahidrogén-beállítás közül a magasabb pedig körülbelül 49,4 mg-ot percenként. A többi beállítás 450 és 1 800 ml/perc között oxigént is tartalmaz, a termékoldal pedig nem adja meg, hogy ennek a kevert áramlásnak mekkora része hidrogén. A forrásban nincs elég információ ahhoz, hogy ezeket a beállításokat hidrogéntömegre váltsuk, ezért a cikk nem próbál erre becslést adni.
A Core palackonkénti, nagyjából 1,5 mg-os értéke mellé téve az alacsonyabb, tiszta hidrogénes belélegzési beállítás négy másodpercnél rövidebb idő alatt bocsát ki hasonló tömegű H2-gázt, a két tiszta beállítás közül a magasabb pedig két másodpercnél rövidebb idő alatt. A különbség a gáz sűrűségéből adódik: adott térfogatú tiszta hidrogéngázban sokkal több H2-tömeg van, mint ugyanennyi, néhány ezer milliárdodrésznyi oldott gázt hordozó vízben. Ez a sűrűség ténye, nem pedig annak állítása, hogy a két módszer közül valamelyik több hidrogént juttat felhasználásra a szervezetben. Az ivással a hidrogén az emésztőrendszeren, belélegzéssel pedig a tüdőn keresztül jut be. A milligrammok papíron történő egyeztetése nem mond semmit arról, hogy a két módon bevitt hidrogénből mennyi szívódik fel, illetve hogy élettani szempontból hogyan viszonyul egymáshoz a két módszer; a tömeg összehasonlítása és a hatás összehasonlítása két külön kérdés, és ez a cikk csak az elsőre ad választ.
Végezd el te is a számítást
A teljes átszámításhoz mindössze két olyan számra van szükség, amelyet szinte bármely termék adatlapján megtalálsz: a névleges PPB- (vagy ppm-) értékre és az elfogyasztott víz tényleges térfogatára. A mikrogrammértékhez szorozd meg a PPB-értéket a literben megadott térfogattal, majd az eredményt oszd el 1 000-rel, hogy megkapd a milligrammot. Így olyan értéket kapsz, amely ugyanazt jelenti, függetlenül attól, hogy palackból, kancsóból vagy tablettával készült vízből származik. A moláris tömegre és az Avogadro-számra csak akkor van szükséged, ha tovább szeretnéd vinni a számítást, és ugyanazt a mennyiséget molekulaszámként is meg akarod adni.
Érdemes megjegyezni: amikor két termék kiemelt értékét hasonlítod össze, milligrammokat vess össze, ne PPB-t. Egy alacsonyabb névleges PPB-értékű, de nagyobb adagú palack több összes hidrogént juttathat be, mint egy kisebb palack, amelynek feltűnőbb a száma; és ugyanilyen gyakran ennek az ellenkezője is igaz. Pontosan ez a csapda, amelyet a puszta PPB-összehasonlítás rejt. Nézd meg a Hydrion ivóvízkészítő termékeinek teljes választékát a hidrogénes víz kollekcióban, vagy tekintsd meg a Hydrion Core palack saját termékoldalát, ahol az itt kiszámított értékek mellett a ciklusidő és a kapacitás adatai is szerepelnek. A központ további műszaki adatokat feldolgozó cikkeiért böngészd a Hírek blog Specs & How It Works sorozatát.