Wasser als elektrischer Leiter

Guten Tag und herzlich willkommen. Das Thema des Videos lautet "Wasser als elektrischer Leiter". Betrachten wir einmal die elektrische Leitfähigkeit von reinem Wasser und 2 typischen Leitern: dem Kupfer und dem Aluminium. So ist es natürlich ganz klar, dass die elektrische Leitfähigkeit dieser Metalle viel größer ist, aber um welchen Wert? Man höre und staune: Es geht hier um einen Unterschied von 10¹¹ und das ist wirklich erheblich. Man lasse sich das einmal auf der Zunge zergehen: Wasser leitet den elektrischen Strom 100.000.000.000 mal schlechter als Kupfer oder Aluminium. Warum dann aber warnt man stets vor solchen Situationen: zum Beispiel der Benutzung des Föhns beim Baden. Wie kann es dann zu tödlichen Unfällen mit Elektrogeräten im Bad kommen? Betrachten wir einmal reines Wasser, und das darf nicht aus der Leitung kommen. Solches Wasser bezeichnet man auch als "destiliert" oder "entionisiertes Wasser". In der Schule wird den Schülerinnen und Schülern häufig verschwiegen, dass Wasser sowie Salze, Säuren oder Basen auch dissoziiert; das heißt, es kommt zur Dissoziation der Wassermoleküle. Wasser dissoziiert in ein positiv geladenes Wasserstoffion und in ein negativ geladenes Hydroxidion. Ionen sind Ladungsträger und Ladungsträger führen zur elektrischen Leitung des Stoffes. Man muss aber auch sagen, dass die Dissoziation des Wassers nur sehr schwach abläuft. Daher möchte ich den Pfeil in Richtung der Bildung der Ionen nur sehr verkürzt darstellen. Nur ein einziges von 10.000.000 Wassermolekülen zerfällt, was bedeutet: Man hat nur wenig Ionen, praktisch keine, und damit auch keine Ladungsträger und somit auch keine elektrische Leitung. Wir können somit feststellen: Reines Wasser leitet den elektrischen Strom praktisch nicht. Somit besteht also keine Gefahr für Gesundheit und Leben, wenn man es mit reinem, destillierten oder entionisiertem Wasser zu tun hat. Lässt man reines Wasser, zum Beispiel in einem Becherglas, eine gewisse Zeit an der Luft stehen, so kommt es zu einem interessanten Prozess. Das Kohlenstoffdioxid der Luft vermischt sich mit dem Wasser. Man sagt dann, was eigentlich nicht korrekt ist, dass das Wasser überschüssige Kohlensäure enthalte. Für unsere Betrachtung ist interessant zu wissen, dass das Wasser mit dem Kohlenstoffdioxid Ladungsträger bildet. Das sind elektrisch geladene Teilchen: Ionen. Wir wollen einmal die Reaktionsgleichung in Formelschreibweise notieren: H2O+CO2 -> H++HCO3-. Die gebildeten Ionen H+ und HCO3- erhöhen die elektrische Leitfähigkeit des Wassers. Betrachten wir nun Trinkwasser. Im Trinkwasser sind Salze gelöst. Die Salze dissoziieren. Es bilden sich Ionen. Ich möchte zwei Beispiele für solche Dissoziationen aufschreiben: Na2SO4 dissoziiert in wässriger Lösung in zwei einfach positiv geladene Natriumionen und in ein zweifach negativ geladenes Sulfation. Na+ und SO42- sind Ionen und rechts ein Beispiel: CaCl2 dissoziiert in wässriger Lösung in ein zweifach positiv geladenes Calciumion und in zwei einfach negativ geladene Chloridion. Ca2+ und Cl- sind Ionen. Ionen sind Ladungsträger. Es kommt zur elektrischen Leitung des Wassers. Nehmen wir nun an, dass unser ursprünglich reines Wasser durch organische Verunreinigungen verschmutzt wird. Als Beispiel soll uns Ethanol dienen mit der Formel CH3CH2OH. Bei der Vermischung von Ethanol mit Wasser kommt es zu einer "Reaktion", obwohl das am Anfang unwahrscheinlich klingt. Daher schreibe ich das Wort "reagiert" in Anführungszeichen. Wir haben schon besprochen, dass Wasser in sehr geringen Mengen dissoziiert (Ionen bildet): H+ und OH-. Das Wasserstoffatom H+ reagiert nun mit dem Ethanolmolekül. Warum ist das so? Das bewirken die beiden nicht bindenden Elektronenpaare (rot eingezeichnet) am Ethanolmolekül. H+ reagiert mit einem dieser Bindungspaare und bildet eine richtige feste chemische Bindung aus. Es entsteht ein Teilchen mit einer positiven Ladung: ein Ion. Wenn aber ein Wasserstoffion H+ aus dem Gleichgewicht mit dem Wasser verschwindet, muss es nachgebildet werden usw. Es entstehen viele dieser rot eingefärbten Ionen. So ähnlich, wenn auch viel komplexer und komplizierter, reagiert Hausstaub. Das heißt, auch Hausstaub erhöht die elektrische Leitfähigkeit des Wassers. Fassen wir nun zusammen: Welche Einflüsse erhöhen die elektrische Leitfähigkeit des Wassers? Zunächst die Eigendissoziation: Deren Beitrag ist nur verschwindend gering. Das Kohlenstoffdioxid der Luft: Es erhöht die Leitfähigkeit des Wassers schon in höherem Maße. Dann die im Trinkwasser gelösten Salze: Sie sind hauptsächlich für die elektrische Leitfähigkeit des Wassers verantwortlich. Und schließlich der Hausstaub: Auch er führt spürbar dazu, dass die elektrische Leitfähigkeit des Wassers wächst. Damit haben wir gefunden, dass reines Wasser kein elektrischer Leiter ist; nur die in ihm gelösten Inhaltsstoffe führen zu einer Erhöhung seiner Leitfähigkeit.

Ich danke für Eure Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.