Elektrische Leitfähigkeit

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.

Exkurs: Die spezifische elektrische Leitfähigkeit und der elektrische Leitwert

Die spezifische elektrische Leitfähigkeit und der elektrische Leitwert sind ein Maß für die Fähigkeit einer Lösung, eines Metalls, eines Gases, kurz aller Materialien, den elektrischen Strom zu leiten. In Lösungen wird der Strom durch Kationen und Anionen getragen, in Metallen durch Elektronen. Hat eine Substanz einen hohen elektrischen Leitwert G ist der elektrische, bzw. ohmsche Widerstand R niedrig. Der elektrische Leitwert G ist der Kehrwert des Widerstands R G 1 = R hat als Einheit Ohm und G hat Siemens. Um den elektrischen Leitwert zu messen, legt man eine Spannung an und misst den fließenden Strom. Die Lösung stellt einen elektrischen Leiter dar. Ein Leiter ist bestimmt durch Länge und Querschnitt. Je kleiner der Elektrodenabstand l und je größer die Elektrodenfläche A desto größer ist bei gleicher Elektrolytkonzentration und gleicher Spannung der messbare Strom. Der elektrische Leitwert G ergibt sich aus der Beziehung: l A l A G = ⋅ = ⋅ ρ γ 1 mit A als Elektrodenfläche, l als Elektrodenabstand, γ als spezifischer Leitfähigkeit und ρ als spezifischem Widerstand. γ und ρ sind Stoffkonstanten mit den Einheiten S/m und Ω⋅m.

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

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.

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.

Messbereich: 0-100 µS/cm bei einer Auflösung von 0,1 µS/cm
(Bedienungsanleitung als PDF-Datei zum Download)