Elektrische Leitfähigkeit
| Elektrische Leitfähigkeit | ||
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| spezifischer Widerstand | elektrischer Leitwert | |
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.
Inhaltsverzeichnis
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.
Für Schülerversuche empfehlenswert sind z.B. die Konduktometer HI 98308 der Fa. Hanna Instruments, 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)
Elektrische Leitfähigkeit als Unterrichtsthema in Klasse 11
- führen Experimente zur Leitfähigkeit wässriger Lösungen durch.
Experimente
- Arbeitsblatt zur Leitfähigkeitsmessung
Bestimmung des Salzgehaltes in einer wässrigen Lösung, Auswertung s. Regression - Elektrische Leitfähigkeit von Säuren und Basen (Ammoniak, Essigsäure, Natronlauge, Salzsäure und dest. Wasser), in: Elemente Chemie 2, Seite 203, Versuch 1
- Ermittlung einer Gleichgewichtskonstanten durch Leitfähigkeitsvergleich, in: Chemie heute (Ausgabe 1998), Seite 96, Versuch 1
- Leitfähigkeitstitration, in: Chemie heute (Ausgabe 1998), Seite 123, Versuch 4
- Leitfähigkeitstitration (konduktometrische Titration), in: Elemente Chemie 2, Seite 259, Versuch 1
- Leitfähigkeitstitration, in: Chemie? - Aber sicher!, Seite 12-25
- Titration: Leitfähigkeitstitration, in: Chemie heute SII, Seite 158, Versuch 3
- Prof. Rüdiger Blumes umfangreiche Themenseite mit Experimenten und weitergehenden Infos
- Leonhard A. Hütter: Wasser und Wasseruntersuchung. Methodik, Theorie und Praxis chemischer, chemisch-physikalischer und bakteriologischer Untersuchungsverfahren. 6. Auflage 1994. S. 265
