Ile wodoru znajduje się w szklance wody wodorowej? (mg i cząsteczki)
Jeśli znasz już wartość PPB podaną dla swojej butelki, najprostszym sposobem, by odpowiedzieć na pytanie „ile wodoru”, jest przeliczenie tego stężenia na konkretną ilość. Sama wartość PPB to stosunek, a nie ilość, a ta sama wartość przylana do dwóch różnych objętości daje dwie różne sumy. Porcja 300 ml z butelki Hydrion Core Butelka do wody wodorowej, przy deklarowanej wartości 5 000 PPB, zawiera około 1,5 miligrama rozpuszczonego wodoru (H2). Poniżej wyjaśniamy, skąd bierze się ta liczba, jak wykonać takie samo przeliczenie dla danych dowolnego produktu i jak dawka do wypicia wypada pod względem masy w porównaniu z gazem wytwarzanym przez aparat do inhalacji.
- Wartość stężenia, wyrażona w PPB lub PPM, staje się ilością wodoru dopiero po pomnożeniu jej przez faktycznie wypijaną objętość. Dlatego porównywanie samych wartości PPB może wprowadzać w błąd, jeśli wielkości porcji są różne.
- Przeliczenie PPB na miligramy opiera się na prostej zależności: ponieważ gęstość wody jest bliska 1 kilogramowi na litr, 1 PPB rozpuszczonego gazu odpowiada około 1 mikrogramowi na litr.
- Do obliczenia liczby cząsteczek potrzebne są jeszcze dwie stałe: masa molowa H2 i liczba Avogadra. To przeliczenie pokazuje głównie, jak niewielka masa odpowiada ogromnej liczbie pojedynczych cząsteczek.
- Ilość rozpuszczonego wodoru ma fizyczną granicę wyznaczaną przez jego rozpuszczalność w wodzie. Dlatego wyższe wartości dla świeżo przygotowanej butelki opisują tymczasowy stan po elektrolizie, a nie stężenie, które woda utrzymuje bez końca.
Dlaczego wartość PPB nie mówi, ile wodoru otrzymujesz
Części na miliard i części na milion opisują stosunek masy wodoru do masy wody. Oznacza to, że liczba informuje o stężeniu wodoru w wodzie, ale sama w sobie nie mówi nic o całkowitej ilości wodoru, którą za chwilę wypijesz. Dwa produkty Hydrion dobrze to pokazują: dla Core deklarowane jest do 5 000 PPB w cyklu o objętości 300 ml, a Pulse osiąga do 8 000 PPB, ale mieści tylko 280 ml. Wyższa wartość PPB w mniejszej butelce nie oznacza automatycznie, że dostarcza ona więcej wodoru. Żeby to sprawdzić, trzeba uwzględnić objętość w obliczeniu, co robimy w następnej sekcji.
Od PPB do miligramów: bezpośrednie przeliczenie
Przeliczenie opiera się na jednej właściwości wody: jej gęstość jest bliska 1 kilogramowi na litr, więc stężenie określone w częściach na miliard według masy niemal dokładnie odpowiada mikrogramom na litr (źródło: Wikipedia, zapis częściowy). Pomnożenie deklarowanej wartości PPB produktu przez objętość wypijanej wody wyrażoną w litrach daje więc bezpośrednio masę rozpuszczonego wodoru. Te same obliczenia można zastosować do każdego produktu Hydrion przeznaczonego do picia, jeśli znamy jego deklarowaną wartość PPB i objętość porcji.
Core: 300 ml przy 5 000 PPB
Pomnożenie 5 000 mikrogramów na litr przez 0,3 litra daje 1 500 mikrogramów, czyli około 1,5 mg rozpuszczonego H2 w pełnej butelce o pojemności 300 ml przy deklarowanym stężeniu.
Pulse: 280 ml przy wartości do 8 000 PPB
Cykl butelki Pulse o pojemności 280 ml przy pełnej wartości 8 000 PPB i ustawieniu 10-minutowym daje około 2,2 mg. Szybszy tryb 5-minutowy, dla którego deklarowana wartość wynosi około 4 000 PPB, dostarcza z tej samej objętości 280 ml bliżej 1,1 mg. Krótszy cykl nie jest słabszą wersją tej samej ilości — rzeczywiście zawiera około połowę rozpuszczonego wodoru i wymaga mniej więcej połowy czasu oczekiwania.
NOVA: 2 l przy wartości do 3 000 PPB
Dzbanek NOVA mieści pełne 2 litry, dlatego jego 20-minutowy cykl przy wartości do 3 000 PPB odpowiada około 6 mg dla całego dzbanka. Szybszy wariant 10-minutowy, dla którego deklarowana wartość wynosi około 2 000 PPB, daje około 4 mg w tej samej objętości 2 litrów. Większa objętość ma tu istotne znaczenie: choć wartość PPB dla NOVA jest niższa niż dla Core lub Pulse, całkowita masa na dzbanek jest większa, ponieważ rozpuszczony gaz znajduje się po prostu w większej ilości wody.
Tabletki H2: 8 PPM w 500 ml
Dla tabletki Hydrion H2 deklarowana jest wartość 8 PPM, czyli tyle samo co 8 000 PPB, po rozpuszczeniu w 500 ml wody. To samo mnożenie — 8 000 mikrogramów na litr razy 0,5 litra — daje około 4 mg rozpuszczonego wodoru na szklankę, gdy tabletka całkowicie się rozpuści.
| Produkt | Objętość | Deklarowana wartość PPB | Przybliżona ilość rozpuszczonego H2 |
|---|---|---|---|
| Butelka Core | 300 ml | 5 000 | ~1,5 mg |
| Butelka Pulse (tryb 10-minutowy) | 280 ml | 8 000 | ~2,2 mg |
| Butelka Pulse (tryb 5-minutowy) | 280 ml | 4 000 | ~1,1 mg |
| Dzbanek NOVA (cykl 20-minutowy) | 2 000 ml | 3 000 | ~6 mg |
| Dzbanek NOVA (cykl 10-minutowy) | 2 000 ml | 2 000 | ~4 mg |
| Tabletka H2 | 500 ml | 8 000 (8 PPM) | ~4 mg |
Gdy znasz już wartość w miligramach dla faktycznie wypijanej objętości, masz liczbę oznaczającą to samo niezależnie od tego, z której butelki, dzbanka czy tabletki pochodzi wodór. To uczciwsza podstawa porównania niż zestawianie wartości PPB mierzonych dla różnych wielkości porcji.
Od miligramów do cząsteczek: ile to cząsteczek H2?
Do przeliczenia wartości w miligramach na liczbę cząsteczek potrzebne są jeszcze dwie stałe: masa molowa wodoru gazowego, około 2,016 grama na mol (źródło: NIST Chemistry WebBook), oraz liczba Avogadra, około 6,022 x 10^23 cząsteczek na mol (źródło: NIST CODATA). Masa molowa przelicza masę na liczbę moli, a liczba Avogadra przelicza mole na rzeczywistą liczbę cząsteczek, więc te dwa kroki wykonuje się jeden po drugim.
Dla około 1,5 mg w jednej butelce Core obliczenie wygląda tak: podzielenie 1,5 mg przez 2,016 g na mol daje około 0,00074 mola H2, a pomnożenie tej wartości przez liczbę Avogadra daje mniej więcej 4,5 x 10^20 cząsteczek, czyli około 450 trylionów. To ta sama fizyczna ilość opisana na dwa sposoby: raz w jednostce na tyle małej, że można ją zważyć na wadze kuchennej, a raz w jednostce służącej do liczenia pojedynczych cząstek. Wielkość drugiej liczby wynika z tego, jak mała jest pojedyncza cząsteczka wodoru, a nie ze zmiany ilości wodoru faktycznie znajdującego się w butelce.
Więcej o tym, czym właściwie jest ta cząsteczka i dlaczego jej niewielki rozmiar ma znaczenie dla jej przemieszczania się w wodzie, przeczytasz w tym objaśnieniu dotyczącym wodoru cząsteczkowego. Ta sekcja dotyczy wyłącznie przeliczania jednostek: nie mówi nic o tym, ile z tych cząsteczek dociera do konkretnej tkanki ani ile organizm wykorzystuje — na to osobne pytanie nie da się odpowiedzieć samymi obliczeniami.
Granica: dlaczego wartość PPB nie może rosnąć w nieskończoność
Rozpuszczalność wodoru w wodzie ma fizyczną granicę, a stała Henry’ego dla wodoru gazowego wskazuje, że równowagowa granica dla wody pozostawionej w kontakcie z wodorem gazowym pod ciśnieniem około 1 atm i w temperaturze pokojowej wynosi mniej więcej 1,6 mg na litr, czyli około 1 600 PPB (źródło: NIST Chemistry WebBook, dane dotyczące prawa Henry’ego). Ta wartość opisuje wodę pozostającą w równowadze z gazem nad jej powierzchnią: jej stężenie osiąga poziom wyznaczony przez fizykę i utrzymuje się na nim, dopóki warunki się nie zmienią.
Wartości od 5 000 do 8 000 PPB podawane dla Core, Pulse i tabletek H2 znacznie przekraczają tę równowagową granicę. Nie ma tu jednak sprzeczności z prawami fizyki — wszystko zależy od czasu: elektroliza doprowadza wodę w zamkniętej butelce do tymczasowego stanu przesycenia, utrzymywanego przez niewielkie ciśnienie wewnątrz zamkniętego pojemnika. Po zdjęciu zakrętki i uwolnieniu ciśnienia rozpuszczony wodór zaczyna wracać do równowagowego poziomu około 1 600 PPB. Dlatego podana wartość PPB to w rzeczywistości wartość początkowa, a nie stężenie, które woda utrzymuje bez końca. Więcej o tym, jak szybko stężenie spada po otwarciu butelki, przeczytasz w tym artykule o tym, jak długo wodór utrzymuje się w wodzie.
Nie oznacza to, że podana wartość PPB jest nieprawidłowa — świeżo przygotowana woda rzeczywiście ma na początku deklarowane stężenie. Z praktycznego punktu widzenia liczy się to, jak szybko po przygotowaniu ją wypijesz, ponieważ od tego zależy, jaka część deklarowanej ilości pozostaje rozpuszczona, gdy woda do Ciebie dociera. Aby sprawdzić rzeczywiste stężenie w butelce, zamiast polegać na deklarowanej specyfikacji, zajrzyj do tego przewodnika po miernikach rozpuszczonego wodoru. Informacje o tym, jak wartość PPB wzrasta z minuty na minutę w trakcie jednego cyklu, znajdziesz w tym artykule o czasie produkcji.
Porównanie dawki do wypicia z wydajnością aparatu do inhalacji
Wydajność aparatów do inhalacji wodoru podaje się jako przepływ gazu, w mililitrach gazu na minutę. To inny rodzaj pomiaru niż stężenie rozpuszczonego gazu, dlatego przed porównaniem trzeba przeliczyć obie wartości na tę samą podstawę, czyli miligramy H2. Objaśnienie PPB i PPM omawia kwestię stężenia; w przypadku gazu stosuje się zależność gazu doskonałego między ciśnieniem, objętością i temperaturą, opartą na molowej stałej gazowej (źródło: NIST CODATA).
Zakładając, że gaz ma temperaturę zbliżoną do pokojowej i jest pod ciśnieniem atmosferycznym — co stanowi standardową podstawę podawania przepływu gazu — 1 mol wodoru gazowego zajmuje około 24,5 litra. Oznacza to, że określoną wartość w mililitrach na minutę można przeliczyć na mole na minutę, a następnie na miligramy na minutę, uwzględniając masę molową wodoru.
Dla aparatu do inhalacji wodorowej Hydrion Zenith podano siedem poziomów wydajności. Dwa z nich — 300 ml/min i 600 ml/min — określono konkretnie jako czysty wodór o deklarowanej czystości 99,99%. Przeliczenie tych dwóch ustawień daje odpowiednio około 24,7 mg i 49,4 mg wodoru gazowego na minutę. Pozostałe ustawienia, od 450 do 1 800 ml/min, obejmują mieszaninę z tlenem. Na stronie produktu nie podano, jaka część tego łącznego przepływu przypada na wodór, więc dostępne źródła nie zawierają wystarczających informacji, by przeliczyć te konkretne ustawienia na masę wodoru. W tym artykule nie próbujemy jej szacować.
W porównaniu z około 1,5 mg w butelce Core o pojemności 300 ml niższe ustawienie inhalacji czystym wodorem dostarcza porównywalną masę gazowego H2 w czasie krótszym niż cztery sekundy, a wyższe z dwóch ustawień czystego wodoru — w czasie krótszym niż dwie sekundy. Ta różnica wynika z gęstości gazu: dana objętość czystego wodoru gazowego zawiera znacznie większą masę H2 niż taka sama objętość wody z kilkoma tysiącami części na miliard rozpuszczonego gazu. To fakt dotyczący gęstości, a nie stwierdzenie, która droga sprawia, że organizm wykorzystuje więcej wodoru. Wypity wodór przechodzi przez układ pokarmowy, a wdychany — przez płuca. Zrównanie ilości w miligramach na papierze nie mówi nic o tym, ile wodoru zostaje wchłonięte za pośrednictwem którejkolwiek z tych dróg ani jak obie drogi wypadają pod względem fizjologicznym. Porównanie masy i porównanie korzyści to dwa różne pytania — tutaj odpowiadamy tylko na pierwsze.
Wykonaj obliczenia samodzielnie
Do pełnego przeliczenia wystarczą dwie wartości, które można znaleźć w specyfikacji niemal każdego produktu: deklarowana wartość PPB (lub PPM) i objętość faktycznie wypijanej wody. Pomnóż wartość PPB przez objętość w litrach, aby otrzymać mikrogramy, a następnie podziel przez 1 000, by uzyskać miligramy. Otrzymasz wartość, która oznacza to samo niezależnie od tego, z jakiej butelki, dzbanka czy tabletki pochodzi wodór. Masa molowa i liczba Avogadra są potrzebne dopiero wtedy, gdy chcesz pójść o krok dalej i wyrazić tę samą ilość jako liczbę cząsteczek.
Warto wyrobić sobie nawyk porównywania miligramów, a nie PPB, gdy zestawiasz ze sobą główne wartości podawane dla różnych produktów. Butelka o niższej deklarowanej wartości PPB, ale większej pojemności porcji może dostarczyć więcej wodoru niż mniejsza butelka z bardziej imponującą liczbą. Równie często bywa odwrotnie — właśnie w tę pułapkę wpada się, porównując same wartości PPB. Pełną ofertę produktów Hydrion do przygotowywania wody do picia znajdziesz w kolekcji wody wodorowej. Na stronie produktu Hydrion Core Butelka do wody wodorowej znajdziesz również dane dotyczące czasu cyklu i pojemności, obok wartości omówionych w tym artykule. Więcej analiz specyfikacji z tego cyklu znajdziesz na blogu Aktualności, w pozostałych artykułach z serii „Specyfikacje i zasada działania”.