Elektrische Leitfähigkeit

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Die elektrische Leitfähigkeit γ ist der Kehrwert des spezifischen elektrischen Widerstandes ρ:

   1  
  γ  =  ──  
   ρ  

Einheit ist 1/ Ω · m (durch Kürzung von m/ Ω · m2) bzw. Siemens pro Meter (S = 1/Ω). In der Praxis rechnet man häufig mit abgeleiteten Einheiten, z. B. µS/cm.

Die Leitfähigkeit ist temperaturabhängig, bei Ionenleitern auch von deren Konzentration, dem Dissoziationsgrad und dem Lösungsmittel.

Leitfähigkeit von Wasser

Die elektrische Leitfähigkeit von Wasser steigt mit zunehmender Salzkonzentration (freibewegliche Ionen, s. o.) proportional, d. h. pro mg gelöstem Salz nimmt die Leitfähigkeit um etwa 2 µS/cm zu. Durch diesen einfachen Zusammenhang kann über die Leitfähigkeit auf den Salzgehalt geschlossen werden.
Destilliertes Wasser leitet den elektrischen Strom sehr schwach, die Leitfähigkeit liegt nach Reinheitsgrad und duch Aufnahme von CO2 zwischen 0,05 (Theorie) bis ca. 10 µS/cm (Praxis).
Mit der Salzsättigung im Wasser d. h. bei einem Salzgehalt 𝜷 von 317,25 g/L wird auch die maximale Leitfähigkeit erreicht.
Gemäß Trinkwasserverordnung soll die elektrische Leitfähigkeit von Trinkwasser unter 2.790 µS/cm (bei 25 °C) liegen, das entspricht einem Salzgehalt von etwa 1,4 g/L.

Leitfähigkeitsmessung

Leitfaehigkeit.jpg

Indirekte Leitfähigkeitsmessung über die Stromstärke

Die elektrische Leitfähigkeit einer wässrigen Lösung lässt sich indirekt über die Messung der Stromstärke bestimmen. Das Multimeter wird hierzu als Amperemeter genutzt und in Reihe geschaltet (Bild). Je höher die gemessene Stromstärke, desto höher elektrische Leitfähigkeit der Lösung. Die Messung muss mit Wechselstrom erfolgen, da andernfalls eine Elektrolyse stattfindet.

HI 98308.jpg

Direkte Leitfähigkeitsmessung mittels Konduktometer

Ein Konduktometer ist ein kompaktes Leitfähigkeitsmessgerät, bei Eintauchen in die Wasserprobe wird die elektrische Leitfähigkeit der Lösung in der Einheit µS/cm angezeigt. An der BBS Winsen steht für Schülerversuche ein Konduktometer HI 98308 der Fa. Hanna Instruments zur Verfügung, insbesondere zur Kontrolle des destillierten Wassers im Labor.

Elektrische Leitfähigkeit als Unterrichtsthema in Klasse 11

  • führen Experimente zur Leitfähigkeit wässriger Lösungen durch.

Experimente

Weblinks