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Elektrische Leitfähigkeit des Wassers

Definition und Beschreibung

Die Leitfähigkeit einer Substanz ist definiert als "die Fähigkeit Wärme, Elektrizität oder Schall zu übertragen". Die Einheit der elektrischen Leitfähigkeit ist Siemens pro Meter [S/m] in SI-Einheiten und Mikroohm pro Zentimeter [mmho/cm] in U.S.-Einheiten. Das verwendete Symbol ist k oder s.

Elektrische Leitfähigkeit (EC)
Wenn die Kräfte eines elektrischen Feldes auf elektrisch geladene Teilchen wirken, so resultiert daraus ein elektrischer Strom. Innerhalb der meisten Festkörper entsteht ein elektrischer Stromfluss aufgrund der Bewegung von Elektronen, dies wird als Elektronenleitung bezeichnet. In allen Leitern, Halbleitern und in vielen Isolatoren existiert nur Elektronenleitung, während die elektrische Leitung stark davon abhängt wie viele Elektronen zur Verfügung stehen um an dem Prozess der Leitung teilzunehmen. Die meisten Metalle sind sehr gute elektrische Leiter, da ihnen eine große Anzahl an freien Elektronen zur Verfügung steht, die in zur Verfügung stehende Energieniveaus angeregt werden können (Weiter interessierte Leser können sich über die Valenz- und Leitungsbänder, sowie p- und n-Halbleiter informieren).

In Wasser und ionischen Materialien oder Fluiden kann eine Nettobewegung geladener Ionen auftreten. Dieses Phänomen produziert einen elektrischen Strom und wird ionische Leitfähigkeit genannt.

Die elektrische Leitfähigkeit ist definiert als der Quotient aus der Stromstärke (I) und der Stärke des elektrischen Feldes (e) und ist der Kehrwert des Widerstandes (r, [W*m]):

s = I/e = 1/r

Die höchste Leitfähigkeit aller Metalle hat Silber mit 63 x 106 S/m.

Leitfähigkeit des Wassers

Reines Wasser ist kein guter elektrischer Leiter. Gewöhnliches destilliertes Wasser, das sich im Gleichgewicht mit dem Kohlendioxid der Luft befindet, hat eine elektrische Leitfähigkeit von 10 x 10-6 W-1*m-1 (20 dS/m). Weil der elektrische Strom von gelösten Ionen transportiert wird, steigt die Leitfähigkeit mit zunehmender Ionenkonzentration.

Typische Leitfähigkeit von Wasser:
Reinstwasser 5.5 · 10-6 S/m
Trinkwasser 0.005 – 0.05 S/m
Meerwasser 5 S/m

Elektrische Leitfähigkeit und TDS

TDS oder Total Dissolved Solids (gesamte gelöste Feststoffe) gibt die Konzentration der gesamten gelösten Ionen im Wasser an. Die EC kann auch als Messung der Ionenaktivität einer Lösung in Bezug auf ihre Kapazität zur Leitung des elektrischen Stromes aufgefasst werden. In verdünnten Lösungen sind TDS und EC einigermaßen miteinander vergleichbar. Der TDS einer Wasserprobe basiert auf der Messung des EC-Wertes und kann mittels folgender Gleichung berechnet werden:

TDS (mg/l) = 0.5 x EC (dS/m oder mmho/com) oder TDS (mg/l) = 0.5 * 1000 x EC (mS/cm)

Die oben genannte Beziehung kann auch dafür verwendet werden, die Eignung chemischer Wasseranalysen zu überprüfen. Dies gilt jedoch nicht für Abwasser.

Wenn die Konzentration der Lösung einen TDS > 1000 mg/l und eine EC > 2000 ms/cm aufweist, so sinkt aufgrund der Nähe der Ionen zueinander deren Aktivität und als Folge dessen die Fähigkeit Strom zu transportieren. Dies geschieht obwohl der physische Wert der gelösten Feststoffe nicht beeinträchtigt wird. Bei hohen TDS-Werten steigt der Quotient aus TDS/EC und das Verhältnis tendiert in Richtung TDS = 0,9 x EC.

In diesen Fällen kann die oben genannte Beziehung nicht herangezogen werden, sondern jeder Wert sollte einzeln bestimmt werden.

Für Wasser, das für Landwirtschaft und Bewässerung verwendet wird, können TDS und EC mit einer Genauigkeit von 10% unter Verwendung der folgenden Beziehung ineinander umgerechnet werden:

TDS (mg/l) = 640 x EC (ds/m oder mmho/cm).

Bei dem Prozess der Umkehrosmose wird das Wasser durch semipermeable Membranen gedrückt, wobei die Verunreinigungen zurück gelassen werden. Dabei werden 95-99 % des TDS entfernt um reines oder Reinstwasser zu produzieren.

Um den TDS-Gehalt einer Wasserprobe anhand einer Wasseranalyse zu berechnen und um den TDS in EC oder umgekehrt zu konvertieren, verwenden Sie bitte unsere Kalkulatoren auf der Website.







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