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Was bedeutet die elektrische Leitfähigkeit von Wasser?
Inhaltsverzeichnis
Wer elektrische Leitfähigkeit und Wasser in einem Satz hört, denkt vermutlich nicht an Wasserqualität, sondern an Strom. Als Indikatorwert spielt der elektrische Wasser-Leitwert jedoch eine wichtige Rolle, um sicherzustellen, dass die Qualität des aufbereiteten Wassers den Anforderungen des jeweiligen Anwendungszwecks entspricht. Elektrische Leitfähigkeit zeigt als Summenparameter an, wie viele leitfähige Teilchen in einer Wasserprobe gelöst sind. Leitfähige Teilchen stehen für frei bewegliche Ladungsträger, die für bessere Stromleitfähigkeit sorgen.
Als Faustformel lässt sich sagen: Je höher die Leitfähigkeit von Wasser ist, umso mehr Ionen und leitfähige Stoffe (z. B. Magnesium, Calcium oder Chlor) sind darin gelöst, und umso größer ist die mögliche Kontamination des Wassers – das gilt jedoch nur, wenn die Wassertemperatur identisch ist. Denn: Die Leitfähigkeit ist sehr stark temperaturabhängig. Somit kann eine höhere Leitfähigkeit trotzdem eine geringere Kontamination bedeuten. Reines Wasser wiederum ist ein sehr schlechter elektrischer Leiter. Je reiner das Wasser, desto niedriger also der Wasser-Leitwert. Aber auch hierbei muss man es eigentlich noch konkretisieren: Denn Ionen haben einen unterschiedlich starken Einfluss auf die Leitfähigkeit. Aus diesem Grund kann zum Beispiel eine geringe Konzentration stark leitfähiger Ionen eine hohe Konzentration schwach leitfähiger Ionen übertreffen.
Wie funktioniert die Leitfähigkeit von Wasser?
Die Wasser-Leitfähigkeit sinkt bzw. steigt mit der Anzahl an gelösten, frei beweglichen Ladungsträgern. Reines Wasser enthält sehr wenige Teilchen, die sich in positiv geladene Wasserstoff-Ionen (H⁺) und negativ geladene Hydroxid-Ionen (OH⁻) spalten. Ist das Wasser jedoch mit Stoffen wie Salzen, Säuren oder Basen versetzt, so werden mehr leitfähige Ionen freigesetzt. Auch Belastungen bzw. Verunreinigungen mit leitenden Mineralien oder Metallen, wie zum Beispiel Kupfer, können den elektrischen Widerstand im Wasser senken. Je höher der Widerstand, desto geringer ist die Leitfähigkeit. Der Widerstand ist somit der Kehrwert der Leitfähigkeit und wird in Siemens pro Meter (S/m) gemessen.
Wie wird der Wasser-Leitwert gemessen?
Als Maßeinheit für den Leitwert und somit die Leitfähigkeit von Wasser dient Siemens pro Zentimeter. Gängige Größen sind Mikrosiemens (µS/cm) und Millisiemens (mS/cm). Zwei Mikrosiemens stehen für ungefähr ein Teilchen auf eine Million Wassermoleküle. Der Leitwert von Wasser dient hierbei als Summenparameter, um die Gesamtzahl und somit die allgemeine Leitfähigkeit des untersuchten Wassers zu ermitteln. Chemische Laboranalysen wiederum stellen detailliert fest, welche Stoffe im Wasser gelöst sind.
Um die Wasser-Leitfähigkeit zu ermitteln, kommen Leitwertmessgeräte zum Einsatz, die den elektrischen Widerstand im Wasser messen. Zu diesem Zweck wird Strom, der zwischen Polen im Wasser fließt, untersucht, um Rückschlüsse auf den elektrischen Widerstand zu ziehen. Da elektrischer Widerstand und Leitfähigkeit voneinander abhängen und ein hoher Widerstand auf niedrige Leitfähigkeit hinweist, lässt sich somit der Wasser-Leitwert schnell ermitteln. Zu beachten ist, dass die Wassertemperatur, Härtestufe und gelöste Stoffe großen Einfluss auf die Leitfähigkeit ausüben.
Generell: Die wenigsten mobilen Leitfähigkeits-Messgeräte können bei einer Leitfähigkeit <1 µS/cm zuverlässig messen, da die Leitfähigkeit stark temperaturabhängig ist und die Temperaturkompensation im Messbereich unter 1 µS/cm häufig zu schlecht ist. Für eine Untersuchung von Leitfähigkeiten und Kontaminationen ist daher ein Leitwertmessgerät samt chemischer Laboranalysen unerlässlich. In jedem Fall sollte die Wassertemperatur stets Bestandteil der Leitwert-Ermittlung sein. Aus diesem Grund besitzen die Messgeräte eine eingebaute Temperaturkompensation. Die angezeigte Leitfähigkeit wird auf Basis von 20°C angezeigt und entsprechend umgerechnet, da sonst keine Vergleichbarkeit der Messwerte möglich wäre.
Wie leitfähig ist Wasser in natürlichem Zustand?
Natürlich wäre es ein Trugschluss anzunehmen, dass Leitungswasser mit sehr niedrigem Wasser-Leitwert keinen Strom leitet. Grundsätzlich ist jeder Stoff – und somit auch reines Wasser – in der Lage, Strom zu leiten. Im Haushalt gilt also weiterhin: Vorsicht mit elektrischen Geräten in Wassernähe. Was eine niedrige Leitfähigkeit von Leitungswasser durchaus anzeigt, ist eine hohe Wasserqualität mit sehr wenigen gelösten Fremdstoffen. Gleichzeitig zieht Wasser als hervorragendes Lösungsmittel durch seinen Dipol-Charakter Teilchen an und weist immer einen mehr oder weniger geringen Leitwert auf.
Zur Veranschaulichung: Meerwasser ist mit seinem hohen Salzgehalt und einem Leitwert von circa 56 mS/cm (Zum Verständnis: 1 µS/cm entspricht 0,001 mS/cm) sehr leitfähig. Destilliertes Wasser wiederum – also steriles Wasser, das von gelösten Ionen und sonstigen Verunreinigungen wie Keimen und Bakterien befreit wurde – weist einen Wasser-Leitwert von nur 0,5 bis 5 µS/cm auf. Reinstwasser, das in der Halbleiterindustrie verwendet wird, verfügt sogar über einen Leitwert von nur 0,052 µS/cm, was der Eigenleitfähigkeit von absolut reinem Wasser entspricht.
Beispiele für Wasser-Leitwerte je nach Wasserzustand
Im Folgenden finden Sie Beispiele für die verschiedenen Leitwerte von Wasser je nachdem, in welchem Zustand es sich vorfindet:
| Wasserzustände | Wasser-Leitwert in Milli- und Mikrosiemens |
|---|---|
| Trinkwasser | 35 bis 350 µS/cm (je nach Härte) |
| Mineralwasser (Durchschnitt Deutschland) | 200 bis 400 µS/cm |
| Regenwasser | 50 µS/cm |
| Destilliertes Wasser | 0,5 bis 5 µS/cm |
| Reinstwasser | 0,052 µS/cm |
Unsere elektrische-Leitfähigkeit-Tabelle zeigt Ihnen die Mikrosiemenswerte von Wasser für unterschiedliche Reinheiten. Je niedriger der µS/cm Wert, desto weniger Mineralien enthält das Wasser. Dies muss bei der Auswahl der richtigen Werkstoffe berücksichtigt werden.
Leitfähigkeit von Wasser: Wie hoch sind Grenzwerte für Trinkwasser?
In Deutschland werden Grenzwerte für Wasser-Leitfähigkeit vom Gesetz bestimmt. Die Trinkwasserverordnung gibt unter TrinkV Anlage 3 Paragraph 7 und 14 Indikatorparameter als Grenzwerte vor, die regionale Wasserwerke einhalten müssen. Aktuelle Grenzwerte liegen in Deutschland bei 2.790 µS/cm bei 25° Celsius bzw. 2.500 µS/cm bei 20° Celsius Wassertemperatur. Zu beachten ist, dass sich Grenzwerte international durchaus unterscheiden. So sah die EU-Norm bis 2013 noch einen Leitwert von 400 Mikrosiemens vor. Die WHO wiederum empfiehlt einen Grenzwert von 750 Mikrosiemens.
Welche Rolle spielt Leitfähigkeit von Wasser für HKWs?
Eine sehr niedrige Wasser-Leitfähigkeit spielt vor allem für Heizungskraftwerke (HKW) und Industrie-Anlagen eine Rolle, die sogenanntes Prozesswasser nutzen. Prozesswasser dient in der Industrie zum Betreiben von Anlagen oder zur Herstellung von Produkten, Energie und Wärme. So kommt zum Beispiel in Heizungskraftwerken sogenanntes Deionat zum Einsatz. Dabei handelt es sich um demineralisiertes bzw. vollentsalztes Wasser, das von natürlich vorkommenden Ionen verschiedener Salze befreit wurde.
Wie wird der Wasser-Leitwert gesenkt?
Um Wasser-Leitwerte bzw. die Leitfähigkeit zu reduzieren, kommen unter anderem Umkehr-Osmosefilter zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um einen Filtrationsprozess, bei dem Wasser mit hohem Druck durch eine halbdurchlässige Membran gepresst und so von leitfähigen Teilchen befreit wird. Ein Destillationsgerät oder eine Osmoseanlage können somit auch zu Hause dabei helfen, reines Osmosewasser herzustellen. Zudem kann man Mischbettaustauscher, auch Vollentsalzer genannt, verwenden, um den Leitwert des Wassers zu senken. Vollentsalzer funktionieren auf er Basis des Ionenaustausches und tauschen dabei sämtliche leitende Ionen gegen Wasserstoff- (H⁺) und Hydroxid-Ionen (OH⁻) aus. Glücklicherweise ist deutsches Trinkwasser jedoch grundsätzlich von sehr hoher Qualität und unabhängig vom Leitwert als Trinkwasser genießbar.
Leitfähigkeit ist nicht gleich Leitfähigkeit
Leitfähigkeit ist als Indikationswert keine feste, unveränderliche Einheit, sondern zeigt den aktuellen Zustand des untersuchten Wassers an. So zählen zu den wichtigsten Einflussfaktoren für die elektrische Leitfähigkeit von Wasser die gelösten Ionen und die Wassertemperatur. Die Leitfähigkeit von Wasser erhöht sich mit steigender Wassertemperatur um einen Faktor von zwei je Grad. Proben aus verschiedenen Wasserquellen können somit durchaus gleiche Leitwerte ergeben, während Wasser aus ähnlichen Quellen sich je nach Temperatur unterscheiden können. Die Messung des Leitwerts sollte aus diesem Grund bei möglichst konstanter Temperatur erfolgen. In einem hochwertigen Leitfähigkeitsmessgerät erfolgt diese Umrechnung auf die Wassertemperatur von 20 °C vollautomatisch.
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