Вода — электропроводность: единицы измерения

Автор Сидор Черненко December 17, 2023

Электропроводность воды - важная характеристика, определяющая содержание в ней растворенных минеральных солей и других веществ. Этот показатель напрямую связан с проводимостью воды, то есть ее способностью проводить электрический ток. В данной статье мы подробно разберем физический смысл электропроводности воды, факторы, от которых она зависит, методы измерения и единицы, в которых выражается эта величина.

Понятие электропроводности воды

Электропроводность воды - это количественная характеристика ее способности проводить электрический ток. В чисто физическом смысле это величина, обратная электрическому сопротивлению 1 см³ воды при температуре 25°С.

Чем больше в воде содержится растворенных минеральных солей и других ионизированных веществ, тем выше ее электропроводность. Поэтому данный показатель косвенно характеризует общую минерализацию воды.

Электропроводность воды напрямую зависит от концентрации в ней катионов (Na⁺, K⁺, Ca²⁺) и анионов (Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-).

Кроме того, на электропроводность существенно влияет температура воды - с ее ростом проводимость увеличивается. Это связано с ускорением движения ионов и ослаблением межмолекулярного взаимодействия.

Факторы, определяющие электропроводность

На величину электропроводности воды оказывают влияние следующие основные факторы:

Концентрация растворенных солей
Состав ионов (катионов и анионов)
Температура воды
рН среды
Наличие примесей органических веществ

Рассмотрим подробнее роль каждого из этих параметров.

Концентрация солей. Чем выше в воде содержание растворенных электролитов (солей, кислот и щелочей), тем больше в ней катионов и анионов, способных переносить электрический ток. Поэтому рост минерализации воды прямо пропорционален увеличению ее электропроводности.

Состав ионов. Наибольшее влияние на проводимость воды оказывают такие катионы как Na⁺, K⁺, Ca²⁺ и анионы Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-. Присутствие Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ и других ионов, как правило, сказывается несущественно, так как они содержатся в небольших количествах.

Катион	Влияние
Na+	Высокое
K+	Высокое
Ca2+	Высокое
Fe2+, Fe3+	Низкое
Al3+	Низкое

Температура. Повышение температуры воды приводит к возрастанию скорости движения ионов, снижению их сольватации и уменьшению вязкости. В результате электропроводность увеличивается.

Водородный показатель (рН). Влияние концентрации ионов H⁺ и OH^- на электропроводность невелико из-за их низких концентраций в природных водах. Значимый эффект наблюдается только в сильнокислых или щелочных растворах.

Таким образом, определяющую роль в формировании электропроводности воды играет именно общее содержание в ней основных растворенных солей .

Единицы измерения электропроводности воды

Для количественной оценки электропроводности воды используется ряд стандартизированных единиц измерения. Основной является Сименс на метр (См/м). Также применяются производные величины - миллиСименс на метр (мСм/м) и микроСименс на сантиметр (мкСм/см).

"Удельная электропроводность воды" находится в обратной зависимости от ее удельного сопротивления.

Для пересчета в другие единицы можно использовать соотношение:

1 См/м = 1000 мСм/м = 1000000 мкСм/см
1 мСм/м = 0,001 См/м = 1000 мкСм/см
1 мкСм/см = 0,000001 См/м = 0,001 мСм/м

Электропроводность дистиллированной воды

Дистиллированная вода представляет собой воду, очищенную от примесей методом дистилляции. В результате такой очистки концентрация растворенных солей в ней крайне мала.

Поэтому электропроводность дистиллированной воды имеет очень низкие значения - порядка 5-20 мкСм/см. Это объясняется наличием в такой воде лишь незначительных количеств углекислого газа и кислорода, диссоциирующих с образованием ионов.

Измерение электропроводности воды

Для определения электропроводности воды используется метод кондуктометрии с помощью специального прибора - кондуктометра. Принцип действия основан на измерении силы тока в воде при постоянном напряжении.

Существуют лабораторные и портативные кондуктометры. Они могут обеспечивать автоматическую температурную компенсацию измерений и пересчет результатов в различные единицы электропроводности.

Нормирование показателя

В России гигиенические нормативы содержания солей в питьевой воде регламентируются через ее общую минерализацию. Требования к электропроводности как таковые отсутствуют.

За рубежом ограничения установлены для питьевой воды на уровне 2500 мкСм/см, а для воды высокой степени очистки - до 5,5 мкСм/см.

Применение показателя

Контроль электропроводности воды имеет большое значение в таких областях как энергетика, электронная и фармацевтическая промышленность. Для нормальной эксплуатации бытовой техники также важен этот параметр.

На здоровье человека оптимальное влияние оказывает питьевая вода с умеренной минерализацией и соответствующим уровнем электропроводности.

Методы снижения электропроводности воды

Для уменьшения электропроводности воды применяются различные методы глубокой очистки, позволяющие снизить содержание в ней растворенных солей:

Обратный осмос
Электродеионизация
Ионный обмен

Рассмотрим особенности каждого подхода.

Обратный осмос

В процессе обратного осмоса используются полупроницаемые мембраны, через которые под давлением продавливается вода, оставляя бо́льшую часть солей по другую сторону. Этот метод позволяет получить воду с очень низкой электропроводностью (менее 5 мкСм/см).

Электродеионизация

Принцип электродеионизации - удаление ионизированных веществ из воды под действием электрического тока. Достигается электропроводность менее 0,1 мкСм/см.

Ионный обмен

При ионном обмене применяются сорбенты (иониты), поглощающие из воды катионы и анионы. Это эффективный метод снижения электропроводности, дополняющий другие способы очистки.

Контроль электропроводности на практике

Для оперативного контроля электропроводности в промышленных условиях и системах водоподготовки используются автоматические анализаторы, подающие сигнал при выходе значений показателя за допустимые пределы. Это позволяет своевременно выявлять нарушения режимов и предотвращать сбои технологических процессов.

Выбор оптимальных значений

При использовании воды в различных целях необходимо ориентироваться на рекомендуемые значения электропроводности с учетом требований конкретной отрасли. К примеру, для питьевого водоснабжения оптимален диапазон от 200 до 1000 мкСм/см.

Перспективы применения

В будущем контроль электропроводности воды будет играть еще бóльшую роль по мере развития высокотехнологичных производств и расширения сфер использования глубоко очищенной воды. Появятся новые методы регулирования данного показателя.

Учет электропроводности при выборе бытовой техники

При выборе бытовых приборов, использующих воду (утюги, кофемашины, паровые швабры и др.), важно обращать внимание на допустимые значения электропроводности согласно техническим характеристикам.

Последствия нарушений

Использование воды с электропроводностью выше или ниже рекомендованных значений может привести к преждевременному выходу прибора из строя и отказу в гарантийном обслуживании.

Проверка показателя

Для замера электропроводности воды перед использованием в технике подойдет недорогой бытовой кондуктометр. Это позволит предотвратить возможные поломки.

Мониторинг качества воды в системе ЖКХ

В рамках контроля качества питьевой воды в системах централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения целесообразно включать показатель электропроводности наряду с другими параметрами.

Преимущества мониторинга

Регулярные замеры электропроводности в контрольных точках позволят оперативно выявлять тенденции в изменении минерального состава воды и предупреждать ее нежелательные отклонения.