Ar vandenilio vanduo yra šarminis? Ką elektrolizė daro (ir ko nedaro) su pH

Vandenilio prisotintas vanduo nėra šarminio vandens rūšis. Ištirpusių vandenilio dujų kiekio didinimas SPE/PEM elektrolizės būdu ir pH poslinkis į šarminę skalės pusę yra du skirtingi dalykai, o tinkamai pagamintas vandenilio vandens butelis atlieka pirmąjį, beveik nekeisdamas antrojo. Nepriklausomos laboratorijos atliktais Hydrion Core – vandenilio vandens butelio su membrana – tyrimais nustatyta, kad pradinio vandens pH buvo 6,28, o pagaminto, vandeniliu prisotinto vandens – 6,33: šis pokytis toks mažas, kad patenka į įprastą matavimų variacijos ribą ir nėra reikšmingas poslinkis į šarminę sritį. Norint suprasti kodėl, verta trumpai apžvelgti, ką matuoja pH ir kuo elektrolizė vandenilio vandens butelyje skiriasi nuo elektrolizės šarminiame jonizatoriuje.

• pH ir vandenilio koncentracija yra atskiri kintamieji. Vandenilio vandens butelis sukurtas tam, kad padidintų ištirpusio H2 kiekį, o ne pakeistų vandens rūgštingumą ar šarmingumą.
• Šarminiai jonizatoriai ir SPE/PEM vandenilio vandens buteliai naudoja elektrolizę, bet atlieka skirtingas užduotis. Jonizatorius skirtas vandeniui padalyti į rūgštinę ir šarminę sroves. Vandenilio vandens butelis su membrana išleidžia šalutines dujas, o geriamą vandenį išlaiko vienoje srovėje.
• Matavimų duomenys tai patvirtina. Hydrion Core laboratorinių tyrimų metu nustatytas 0,05 pH vieneto skirtumas tarp pradinio ir išleidžiamo vandens; tai nėra poslinkis į šarminę sritį.

Ką iš tikrųjų matuoja pH

pH nusako vandenilio jonų (H+) ir hidroksido jonų (OH−) pusiausvyrą skystyje. Skalė svyruoja nuo 0 iki 14, o 7 yra neutralus vidurio taškas (šaltinis: USGS Water Science School). Mažesnis nei 7 rodmuo reiškia, kad vandenyje, palyginti su hidroksido jonais, yra daugiau laisvųjų vandenilio jonų – chemikai tai vadina rūgštine terpe. Didesnis nei 7 rodmuo reiškia priešingai: daugiau hidroksido jonų, taigi terpė yra bazinėje arba šarminėje skalės pusėje. Daugumos vandentiekio ir buteliuose parduodamo vandens pH yra arti neutralaus vidurio taško, paprastai maždaug nuo 6 iki 8, priklausomai nuo šaltinio. Šis pradinis rodmuo čia svarbus, nes būtent nuo jo prasideda bet kuris elektrolizės procesas, prieš ką nors pakeisdamas.

Visa tai dar nieko nepasako apie vandenilio dujas. pH nusako jonų pusiausvyrą, o molekulinis vandenilis (H2) yra ištirpusios dujos, kurių savybės nepriklauso nuo šios pusiausvyros. Butelis gali gerokai padidinti ištirpusio H2 kiekį, o jonų pusiausvyrą, taigi ir pH, palikti beveik tokią, kokia buvo. Ar taip nutinka, priklauso nuo to, kaip įrengta prietaiso elektrolizės sistema – būtent šį mechanizmą verta aptarti toliau.

Kodėl painiojamas šarminis vanduo ir vandenilio vanduo

Ši painiava turi tikrą istorinį pagrindą. Šarminio vandens jonizatoriuose naudojama elektrolizė ir jonų mainų membrana, specialiai skirta įtekančiam vandeniui padalyti į dvi atskiras sroves: vieną rūgštesnę, kitą šarmingesnę. Šarminė srovė išleidžiama per čiaupą ir yra skirta gerti (šaltinis: Šarminis vanduo, Wikipedia). Šios elektrolizės reakcijos metu katode taip pat susidaro šiek tiek vandenilio dujų – šalutinio produkto. Daugelį metų ankstyvųjų vandenilio tyrimų metu pastebėta nauda buvo siejama su padidėjusiu vandens šarmingumu, nes būtent šią savybę jonizatorių gamintojai aiškiai akcentavo reklamoje. Tobulėjant molekulinio vandenilio tyrimams, vis daugiau šio poveikio imta sieti su atsitiktinai susidarančiomis H2 dujomis, o ne su pačiu pH pokyčiu, nes geriamas šarminis vanduo nepakeičia paties organizmo pH – jis išlieka griežtai reguliuojamas, kad ir ką gertumėte (kaip nurodoma ir pirmiau pateiktoje Wikipedia santraukoje). Būtent dėl šios istorijos kartais manoma, kad vandenilio vandens butelis veikia taip pat kaip šarminio vandens jonizatorius: abiejų produktų pagrindas yra tas pats procesas – elektrolizė, nors kiekvienas prietaisas elektrolizę naudoja skirtingam tikslui.

Ką šarminio vandens jonizatorius iš tikrųjų daro su vandeniu

Jonizatoriaus membrana skirta sąmoningai padalyti vandenį į dvi sroves. Tai ir yra pagrindinis jos projektavimo tikslas, o padidėjęs šarminės srovės pH, dažnai reklamuojamas kaip siekiantis 8–10, yra pagrindinė produkto savybė. Vandenilio vandens butelio paskirtis nuo pat pradžių kitokia, ir čia iš tiesų skiriasi veikimo mechanizmas.

Kuo skiriasi SPE/PEM elektrolizė

SPE/PEM (kietojo polimero elektrolito / protonų mainų membranos) vandenilio vandens butelyje membrana atlieka siauresnę funkciją nei jonizatoriaus membrana. Ji yra tarp dviejų elektrodų ir praleidžia tik protonus, o anode susidariusios deguonies dujos kartu su galimais ozono ar chloro šalutinių produktų pėdsakais išleidžiamos per atskirą angą, užuot vėl susimaišiusios su geriamu vandeniu (išsamiau apie SPE/PEM elektrolizės veikimo principą skaitykite šiame paaiškinime). Pavyzdžiui, Hydrion Core naudoja platinos elektrodus ir šią protonų mainų konstrukciją būtent tam, kad vanduo liktų viena nenutrūkstama srove, į kurią tiesiog ištirpsta vandenilio dujos, o ne būtų padalytas į dvi atskiras – rūgštinę ir šarminę – sroves, kaip jonizatoriuje.

Toks atskyrimas svarbus ne tik dėl pH – svarbu ir tai, kaip tvarkomos šalutinės medžiagos. Jei prietaise nėra tinkamos membranos arba ji prastai užsandarinta, dalis išleidžiamų šalutinių medžiagų gali patekti atgal į vandenį, užuot pasišalinusi. Tai su pH klausimu, į kurį atsako šis straipsnis, nesusijęs grynumo klausimas. Butelis gali atitikti pH testo reikalavimus, tačiau vis tiek verta patikrinti, kaip gerai jis atskiria šalutines dujas – tai atskiras konstrukcijos aspektas, kurio čia neaptariame.

Išmatuotas pH: ką rodo tyrimai

Vien veikimo mechanizmo aprašymo nepakanka, todėl verta pažvelgti į tikrą matavimo rezultatą, o ne jį numanyti. Nepriklausomoje laboratorijoje tiriant Hydrion Core, prieš prisotinant vandenį vandeniliu pradinio vandens pH buvo 6,28, o galutinio išleidžiamo vandens pH – 6,33. Skirtumas siekė apie 0,05 pH vieneto. Jis toks mažas, kad patenka į įprastą variacijos ribą, kurios galima tikėtis tą patį vandenį tiriant du kartus, ir vanduo išlieka šiek tiek rūgštinėje, o ne šarminėje pusėje. Šarminio vandens jonizatoriai paprastai reklamuojami kaip specialiai sukurti tiekti 8–10 pH vandens, tad tokio dydžio tikrą pH pokytį būtų lengva išmatuoti ir pastebėti; 0,05 vieneto pokytis toks nėra.

Šis rezultatas apibūdina būtent Hydrion Core, esant laboratorijos nurodytoms tyrimo sąlygoms, o ne kiekvieną rinkoje esantį vandenilio vandens butelį. Prietaisas, kuriame vietoj protonų mainų membranos tiesiai vandenyje naudojami atviri elektrodai, arba prietaisas su pažeistu sandarikliu, gali veikti kitaip. Toks skirtumas reikštų grynumo arba šalutinių produktų problemą, o ne įrodytų, kad vandenilio vanduo apskritai didina pH. Jei norite patikrinti konkretaus produkto rodiklius, o ne aklai pasitikėti visai produktų kategorijai taikomu teiginiu, šiame vadove paaiškinama, kaip išmatuoti vandenilio kiekį vandenyje ir kokie įrankiai pateikia tikrą rodmenį.

Kodėl čia svarbus ne pH rodmuo

Vandenilio vandenyje veikianti molekulė yra ištirpusios H2 dujos. Jų kiekis paprastai nurodomas milijardinėmis dalimis (PPB) arba miligramais litre, ir būtent ši koncentracija parodo, kiek vandenilio iš tikrųjų yra vandenyje, nepriklausomai nuo jo pH. Organizmas įsisavina ištirpusį H2 kaip dujas, nesvarbu, ar vandens, kuriame jis ištirpintas, pH buvo 6,3, ar 7,1. Todėl nedidelis pH rodmens skirtumas nėra tas kintamasis, kuris parodo, ar butelis atlieka savo paskirtį. Jei norite sužinoti ne apie pH, o apie pačius koncentracijos skaičiavimus, šiame PPB ir PPM palyginime aptariama, koks lygis paprastai siekiamas ir kodėl.

Taip pat verta vertinti vandens pH atsižvelgiant į paties organizmo cheminę terpę: skrandžio rūgšties pH yra maždaug 1,5–3,5, taigi ji gerokai rūgštesnė už bet kokį geriamąjį vandenį. Todėl nedidelis pH skirtumas pačioje stiklinėje, vandeniui patekus į skrandį, nėra reikšmingai didelis veiksnys. Kai kurie pardavėjai ORP (oksidacijos-redukcijos potencialo) rodmenis pateikia kaip greitą pakaitalą, parodantį „kiek vandenilio yra šiame vandenyje“, tačiau ORP priklauso ir nuo pH, ir nuo ištirpusių mineralų kiekio. Todėl neigiamas ORP rodmuo geriausiu atveju yra apytikris krypties požymis, o ne tikslus pH ar H2 koncentracijos matas. Prietaiso ORP skaičių verta vertinti atsižvelgiant į šią išlygą, o ne laikyti konkrečiu įrodymu.

Ką tikrinti vietoj pH

Jei vertinate vandenilio vandens butelį, vien pH rodmuo mažai ką pasako. Naudingiau pradėti nuo gamintojo nurodyto elektrolizės metodo: SPE/PEM konstrukcija, kurios membrana ir elektrodų medžiaga nurodytos, suteikia konkrečių dalykų, kuriuos galima patikrinti. O jei produkto aprašyme tik teigiama, kad vanduo yra „jonizuotas“ ar „šarminis vandenilio vanduo“, bet nepaaiškinamas veikimo mechanizmas, verta jį atidžiai perskaityti, nes šie du procesai iš tiesų sukuria skirtingą vandenį. Toliau ieškokite koncentracijos duomenų, pagrįstų trečiosios šalies tyrimais arba patikra dujų chromatografu, o ne vien reklamoje nurodyto PPB skaičiaus – kaip ir pirmiau pateikti Hydrion Core rodikliai, gauti nepriklausomoje laboratorijoje, o ne iš gamintojo teiginių. Nurodytą pH vertę verta laikyti grynumo ir pastovumo rodikliu: panašus pradinio ir išleidžiamo vandens pH atitinka tinkamai užsandarintos membranos veikimą, o ne kokį nors teiginį apie poveikį sveikatai.

Hydrion Core Vandenilinio vandens butelis yra prietaisas, kurio išmatuoti pH duomenys pateikiami šiame straipsnyje. Jis pagamintas pagal pirmiau aprašytą PEM elektrodų konstrukciją, o jo rodiklius tikrino nepriklausoma laboratorija – jie pateikiami ne vien reklaminėje medžiagoje. Jei norite išsamiau palyginti vandenilio prisotintą ir šarminį vandenį, įskaitant naudą, dėl kurios iš pradžių kilo ši painiava, šiame palyginimo vadove ši tema aptariama plačiau. O jei toliau norite išsiaiškinti skirtingų matuoklių ir prietaisų matavimo tikslumą, būsimame ištirpusio vandenilio matuoklių palyginime konkrečiai apžvelgiama, kuriais įrankiais verta pasitikėti.