przewodność elektrolityczna właściwa wody
Przewodność elektrolityczna właściwa wody — Przewodność elektrolityczna właściwa wody – jest miarą zdolności wody do przewodzenia energii elektrycznejzanieczyszczenia.
Definicja
Przewodność elektrolityczna właściwa wody, zwana również przewodnością elektryczną wody lub konduktancją wody, określa zdolność wody do przewodzenia prądu elektrycznego.
Przewodność elektryczna umożliwia ocenę stopnia mineralizacji wody, czyli stopnia jej zasolenia. Przewodność elektryczna wody wzrasta wraz ze wzrostem zawartości rozpuszczonych w niej jonów (kationów i anionów). Woda zawierająca małą ilość rozpuszczonych jonów wykazuje małą przewodność elektryczną; woda morska o dużym zasoleniu i dużej ilości rozpuszczonych jonów, bardzo dobrze przewodzi prąd elektryczny.
Przewodność elektryczna wiąże się także z twardością wody – im woda jest bardziej twarda, czyli im większa ilość kationów wapnia Ca²⁺ i magnezu Mg²⁺ jest rozpuszczona w wodzie, tym większa jest jej przewodność elektryczna.
Pomiar przewodności elektrolitycznej wody wykonuje się również, aby oszacować całkowitą ilość soli rozpuszczonych w wodzie (TDS – total dissolved solids), która tak jak wartość przewodności określa stopień zanieczyszczenia wody. Przeliczenie wartości otrzymanej przewodności elektrolitycznej wody do TDS zależy od składu chemicznego badanej próbki (wynik w μS/cm mnoży się przez wartość wynoszącą od 0,54 do 0,96). Przeważnie przyjmuje się założenie, że rozpuszczoną substancją jest chlorek sodu (NaCl) – przewodność o wartości 1 μS/cm równoważna jest ilości ok. 0,64 mg NaCl/kg wody.
Przewodność elektrolityczna wody zależy od stopnia jej zanieczyszczenia – zwiększa się wraz ze wzrostem ilości obecnych w wodzie zanieczyszczeń. Woda czysta praktycznie nie przewodzi prądu elektrycznego.
Przewodność elektrolityczna wody zależy także od temperatury. Wzrost temperatury o 1°C powoduje zwiększenie ruchliwości jonów, co skutkuje wzrostem przewodnictwa o ok. 2% w przypadku wody wodociągowej i ok. 6% dla wody o wysokim stopniu czystości.
Jednostka
Jednostką przewodności elektrolitycznej wody w układzie SI jest 1 simens na metr (S/m).
Przeważnie do określania przewodności wody używa się takich jednostek, jak mikrosimens na centymetr (µS/cm), milisimens na centymetr (mS/cm) oraz simens na centymetr (S/cm):
- 1 S/cm = 10³ mS/cm = 10⁶ μS/cm
- 1 μS/cm = 100 μS/m
Wartości przewodności elektrolitycznej wody wyrażane w μS/cm w przybliżeniu odpowiadają mineralizacji wody wyrażonej w mg/dm³.
Pomiar przewodności elektrolitycznej wody
Przyrządem do pomiaru przewodności elektrolitycznej wody jest konduktometr (miernik konduktancji).
Pomiar zdolności wody do przewodzenia energii elektrycznej polega na określaniu oporności elektrolitycznej wody (rezystywności) między dwoma jednakowymi elektrodami umieszczonymi w stałej odległości od siebie. Zmienne napięcie elektryczne wywołuje ruch jonów rozpuszczonych w wodzie pomiędzy elektrodami. Im więcej jonów znajduje się w wodzie, tym większa jest wartość prądu przepływającego pomiędzy elektrodami.
Przewodność elektrolityczna wody (konduktywność) wyraża się wzorem:
gdzie:
σ – konduktywność wody [S]
J – gęstość prądu elektrycznego
E – natężenie pola elektrycznego
ρ – rezystywność [Ω]
czyli jednostka konduktywności wody jest równa odwrotności jednostki rezystywności:
1 S (simens) = 1 Ω-1 (om-1)
Przewodność elektrolityczna wody zależy od temperatury, w związku z czym konduktometry posiadają automatyczną kompensację temperaturową i podają wartość przewodności elektrolitycznej dla wody o temperaturze 25°C.
Przewodność elektrolityczna różnych typów wody wynosi:
- 0,05 – 0,15 μS/cm – dla wody zasilającej kotły wysokociśnieniowe;
- 0,1 – 10 μS/cm – dla wody całkowicie dejonizowanej;
- 1 – 10 µS/cm – dla wody dejonizowanej;
- 100 – 1000 μS/cm – dla wody pitnej i wód powierzchniowych;
- 1000 – 10000 μS/cm (1 – 10 mS/cm) – dla wody zanieczyszczonej (ścieków
- 100 – 10000 μS/cm (0,1 – 10 mS/cm) – dla wody słonej (morskiej);
- 1 – 100 mS/cm – dla wody przemysłowej
- 100 – 1000 mS/cm – dla stężonych kwasów i zasad.
Zastosowanie praktyczne pomiaru przewodności elektrolitycznej wody
Pomiar przewodności elektrolitycznej właściwej wody z użyciem konduktometrów jest używany do oznaczania zawartości jonów w badanej próbce oraz badania stopnia jej zanieczyszczenia. Ma to zastosowanie praktyczne w monitorowaniu jakości wód chemicznych, gruntowych, powierzchniowych, głębinowych, w oczyszczalniach ścieków, wody używanej w szpitalach oraz wody mineralnej i wody pitnej (wodociągowej). Pomiar ten nie uwzględnia związków chemicznych nieprzewodzących prądu elektrycznego (np. wielu związków organicznych), w związku z czym stosuje się dodatkowe testy czystości.
Konduktometry służą także do badania jakości wody używanej w procesach produkcyjnych, takich jak przemysł spożywczy (np. produkcja soków), przemysł piwowarski, farmaceutyczny, kosmetyczny oraz w produkcji farb i lakierów.
Pomiar przewodności elektrolitycznej wody nie jest wyłącznie metodą wykrywania obecności jonów rozpuszczonych w danej próbce wody, można go również wykorzystywać do oznaczania całkowitej ilości soli rozpuszczonych w wodzie (TDS), jeżeli znany jest skład wody oraz jej przewodność. Oznaczanie TDS jest wykorzystywane w monitorowaniu stopnia osadzania się kamienia w rurach, zaworach i filtrach w akwariach, na basenach oraz systemach uzdatniania wody. TDS jest uważany także za jeden z najlepszych wskaźników dostępności składników odżywczych dla roślin z upraw hydroponicznych (bezglebowej uprawy roślin na pożywce wodnej).
