elektrische Leitfähigkeit

Elektrische Leitfähigkeit, was ist das?

Die elektrische Leitfähigkeit bezeichnet die Menge der gelösten Ladungen im Wasser und damit den Ionengehalt (positive Kationen und negative Anionen). Die Höhe des Ionengehalts spiegelt dabei die Stärke der elektrischen Leitfähigkeit wider, sprich je mehr Ionen sich im Wasser befinden, desto besser leitet es den Strom. Daher auch die Bezeichnung "elektrische Leitfähigkeit" gemäß DIN EN27888(C8) und NICHT Leitwert (s.u.)!
Vollentsalztes bzw. destilliertes Wasser hat daher eine Leitfähigkeit von nahezu null (genau sind es 0,055 µS/cm, dies liegt an der Autoprotolyse des Wassers, ist aber ein anderes Thema ;)

Beim Leitungswasser sind es die gelösten Salze, die Ionen bilden und so für die elektrische Leitfähigkeit verantwortlich sind. Hauptsächlich sind dies die Härtebildner Calcium und Magnesium (Kationen) und die dazugehörenden Anionen wie Hydrogencarbonate, Sulfate und Chloride.

Wie messe ich die Leitfähigkeit?

Ionen sind Träger elektrischer Ladungen und können je nach Zustand, positiv o. negeativ, zu den entsprechenden Gegenpolen wandern. Die im Wasser gelösten Härtebildner sind Ionenverbindungen mit unterschiedlicher Wertigkeit (Na+, Ca₂+, OH-, Cl- etc.).
Taucht man nun zwei an einer Gleichstromquelle angeschlossenen Elektroden ins Wasser, wandern die positiven Kationen zum negativen Pol (Kathode) und die negativen Anionen zum positiven Pol (Anode). Durch dieses Schließen des Stromkreises über die im Wasser gelösten Stoffe fließt ein leichter elektrischer Strom, der gemessen werden kann.

Da die Ionenwanderung auch noch von der Viskosität des Wassers und damit der Temperatur abhängig ist, misst man die elektrische Leitfähigkeit normgemäß stets bei 25°C bzw. man muss eine Temperaturkompensation durchführen, wenn das Wasser kühler oder wärmer ist. Messgeräte nehmen einem diese Arbeit in der Regel ab.

Gemessen wird die elektrische Leitfähigkeit in der Einheit Siemens pro Meter (S/m). In der Aquaristik ist dieser Wert wegen der oftmals geringen Werte zu groß, so dass hier die Leitfähigkeit in Mikrosiemens pro Zentimeter (µS/cm) angegeben wird. Ein Mikrosiemens entspricht einem millionstel Siemens (1 µS = 10^-6 S).

Es handelt sich hier um eine quantitative Messung, d.h., nur die Menge und nicht die Art der gelösten Ionen wird festgestellt.

Messmethode

Durch Messen des elektrischen Widerstandes (R) lässt sich der in Wechselbeziehung stehende (=reziproke) Widerstand bestimmen (G = 1/R). Dies ist der Leitwert und wird in Siemens (S) bzw. Mikrosiemens (µS) angegeben.
Wird dieser Leitwert mit der Zellkonstanten des Messgerätes multipliziert (Abstand/Fläche = k) ergibt dies die elektrische Leitfähigkeit (L = k * G) mit der Einheit Siemens pro Meter (S/m) bzw. Mikrosiemens pro Zentimeter (µS/cm).
Weil die meisten Messgeräte eine Zellkonstante von 1 haben (k = 1), ist der Leitwert nahezu identisch mit der elektrischen Leitfähigkeit. Infolgedessen kommt es hier immer wieder zu Verwechslungen der Bezeichnungen (siehe auch Dr. Gerd Kassebeer).
Da allerdings in der Aquaristik ausschließlich die elektrische Leitfähigkeit gemessen wird und der Aquarianer diese auch immer meint, wenn er Leitwert sagt, zitiere ich hier mal Olaf Deters: "Unter uns können wir getrost weiter vom Leitwert reden und hinter µS das cm weglassen. Jeder weiß, was gemeint ist."

Da sich die elektrische Leitfähigkeit direkt proportional zur Konzentration der gelösten Feststoffe verhält, gibt es neben den "normalen" Leitfähigkeitsmessgeräten noch so genannte TDS-Messgeräte. Diese messen die elektrische Leitfähigkeit aller gelösten Feststoffe (TDS = Total Dissolved Solids) im Wasser in der Einheit ppm (= parts per million) bzw. mg/L.
Für eine grobe Berechnung der gesamten gelösten Feststoffe in mg/L in Süßwasser kann man aber auch auf ein TDS-Messgerät verzichten. Dazu muss nur die gemessene Leitfähigkeit des Wassers in Mikrosiemens pro Zentimeter mit dem Wert 0,65 multipliziert werden.

Auswirkungen in der Aquaristik

Durch gelöste Salze im Wasser ändert sich der so genannte osmotische Druck (= die Kraft mit der eine Lösung durch eine semipermeable (= einseitig durchgängige) Membran in eine konzentrierte Lösung hineingezogen wird).
Sprich, ist die elektrische Leitfähigkeit hoch, das Wasser also recht hart oder sogar brackig, diffundieren Zellflüssigkeiten und Wasser bei einem Fisch aus Weichwassergebieten (bis ca. 100 µS/cm) durch die Zellmebrane in das höher konzentrierte Medium Aquariumwasser (beispielhaft: 1000 µS/cm). Das Tier verdurstet in solch einem Wasser quasi infolge des Wasserentzugs - etwas übertrieben ausgedrückt.
Andersherum, setzt man einen im Meerwasser (um die 50.000 µS/cm) beheimateten Fisch in Süßwasser (bis ca. 2.000 µS/cm), diffundiert Aquariumwasser in den Körper des Fisches hinein, weil er naturgemäß in seinen Zellen eine höhere Salzkonzentration trägt. Der Fisch würde regelrecht ertrinken oder gar platzen.

Fische sollten daher immer in Wasser mit Werten, die ihren Heimatgewässern ähnlich sind, gehalten werden.

Schwankungen in einem gewissen Rahmen werden von den Fischen toleriert und ausgeglichen. In der tropischen Regenzeit z.B. wird die Salzkonzentration durch das weiche Regenwasser (um 20 µS/cm) stark verdünnt, die elektrische Leitfähigkeit nimmt proportional dazu ab. In Anbetracht dessen, dass die Regenzeit oftmals den Fortpflanzungstrieb der Fische ankurbelt, machen sich Aquarianer diesen Umstand zu Nutze und versuchen durch Senkung der elektrischen Leitfähigkeit ebenfalls Zuchterfolge zu erzielen.

Da die elektrische Leitfähigkeit mit den im Wasser gelösten Salzen zusammenhängt, lässt sich diese mittels Vollentsalzung durch Ionenaustauscher oder einer Umkehrosmoseanlage und anschließendem Verschneiden nach unten beeinflussen bzw. durch Zugabe von Härtebildnern (Calciumkarbonat) nach oben.

(ib)