Was passiert wenn wasser mit strom in verbindung kommt

In München gab es kürzlich einen tragischen Unfall, dabei ist eine 16-jährige Jugendliche an einem Stromschlag gestorben.

Die junge Frau lag in der Badewanne und hörte Musik. Als der Akku fast leer war, stöpselte sie das Smartphone ans Ladegerät und steckte es in die Steckdose eines Verlängerungskabels. Dabei geriet das Kabel vermutlich unter Wasser und löste den Stromschlag aus.

Die Polizei sagt, dass es solche Unfälle immer wieder gibt. Das Smartphone selbst sei nicht gefährlich. Selbst wenn man es in der Hand hält und unter Wasser kommt, passiert nichts.

Aber es kann lebensgefährlich werden, wenn das Ladegerät in einer Mehrfachsteckdose steckt und die dann mit dem Wasser in Berührung kommt.

Inhalt

• Elektrische Leitfähigkeit von Wasser – Chemie
• Elektrische Leitfähigkeit – allgemein
• Elektrische Leitfähigkeit von destilliertem Wasser
• Elektrische Leitfähigkeit von Leitungswasser
• Messung der elektrischen Leitfähigkeit
• Elektrische Leitfähigkeit von Wasser – Beispiele
• Ist Wasser ein elektrischer Leiter?
• Kurze Zusammenfassung zum Video Wasser als elektrischer Leiter

Elektrische Leitfähigkeit von Wasser – Chemie

Ihr alle kennt die Warnung, elektrische Geräte nicht in der Nähe von Wasser zu verwenden. Schaut man sich jedoch die elektrische Leitfähigkeit von reinem Wasser im Vergleich zu stromleitenden Metallen an, stellt sich die Frage, warum das so ist. Wie kann Strom in Wasser trotz der um viele Größenordnungen geringeren Leitfähigkeit zur Lebensgefahr werden?

Elektrische Leitfähigkeit – allgemein

Die elektrische Leitfähigkeit bezeichnet die Eigenschaft eines Stoffes, den elektrischen Strom zu leiten. Grundsätzlich müssen dafür frei bewegliche, leitende Teilchen, also Ladungsträger, vorhanden sein. In Metallen sind dies die Elektronen, die sich frei bewegen können und beim Anlegen einer Spannung zum Pluspol wandern. Weitere Ladungsträger sind Anionen und Kationen wie z. B. $\ce{Na+}$ und $\ce{Cl-}$.

Elektrische Leitfähigkeit von destilliertem Wasser

Schauen wir uns also an, welche frei beweglichen Ladungsträger wir in reinem Wasser finden. Von Gasen oder Säuren kennst du bereits den Begriff der Dissoziation, also der Trennung einer chemischen Verbindung. Doch auch Wasser selbst kann dissoziieren:

$\ce{2 H2O <=> H3O+ + OH-}$

Das positiv geladene Oxoniumion ($\ce{H3O+}$) und das negativ geladene Hydroxidion ($\ce{OH-}$) wären also im Sinne der Leitfähigkeit frei bewegliche Ladungsträger. Allerdings ist in reinem Wasser nur etwa eins von zehn Millionen Wassermolekülen derart dissoziiert. Dies reicht nicht aus, um den elektrischen Strom zu leiten. Destilliertes Wasser ist demzufolge kein elektrischer Leiter. Was macht also dann die Leitfähigkeit von unserem Wasser aus?

Elektrische Leitfähigkeit von Leitungswasser

Normales Leitungswasser enthält immer einen gewissen Anteil an Kationen und Anionen. Diese Ionen können von gelösten Salzverbindungen wie z. B. Natriumsulfat und Calciumchlorid stammen.

$\ce{Na2SO4 <=> 2 Na+ + SO4^{2-}}$
$\ce{CaCl2 <=> Ca^{2+} + 2 Cl-}$

Wasser reagiert aber auch mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft unter Bildung von frei beweglichen Ionen:

$\ce{H2O + CO2 -> H+ + HCO3-}$

Wobei das Wasserstoffion mit dem Wasser weiter zu einem Oxoniumion reagiert:

$\ce{H2O + H+ -> H3O+}$

Ebenso können Einträge von organischen Verbindungen zu einer erhöhten Anzahl an leitenden Teilchen führen. Ganz normaler Hausstaub ist zum Beispiel eine Mischung aus feinsten Partikeln organischer und anorganischer Verbindungen, welche, in Wasser gelöst, frei bewegliche Ladungsträger bilden und damit ebenfalls die Leitfähigkeit des Wassers erhöhen.

Messung der elektrischen Leitfähigkeit

Um die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten zu bestimmen, verwendet man beispielsweise Messzellen mit mindestens zwei Elektroden. An diese wird eine Wechselspannung angelegt, welche die frei beweglichen Ionen in Bewegung versetzt und so einen elektrischen Strom erzeugt. Je höher die Anzahl der freien Ladungsträger, desto höher ist auch der resultierende Messwert für den elektrischen Strom. Die elektrische Leitfähigkeit wird dann in Siemens pro Meter ($\pu{S//m}$) angegeben. Das Siemens ist dabei der Kehrwert des elektrischen Widerstandes:

$\pu{1S} = \pu{1 1 // [\Omega]}= \pu{1 A // V}$

Elektrische Leitfähigkeit von Wasser – Beispiele

In der Tabelle findest du verschiedene Wässer mit ihren elektrischen Leitfähigkeiten sowie zum Vergleich das um zehn bis elf Größenordnungen stärker leitende Kupfer, das in unseren Stromkabeln als Leitermaterial verwendet wird.

Ist Wasser ein elektrischer Leiter?

Nun hast du gelernt, dass reines Wasser wegen der fehlenden frei beweglichen Teilchen kein elektrischer Leiter ist. In normalem Wasser wie unserem Leitungswasser finden wir allerdings durch verschiedene Prozesse ausreichend leitende Teilchen:

• Eigendissoziation von $\ce{H2O}$
• Lösung von $\ce{CO2}$
• Lösung von Salzen
• Lösung von organischen und anorganischen Verbindungen, z. B. Hausstaub

Je mehr bewegliche Ladungsträger vorhanden sind, desto höher auch die Leitfähigkeit des Wassers.

Kurze Zusammenfassung zum Video Wasser als elektrischer Leiter

In diesem Video wird der Frage nachgegangen, ob Wasser als elektrischer Leiter fungieren kann. Dazu wird anfangs die Leitfähigkeit von Wasser mit metallischen Leitern verglichen und festgestellt, dass diese viel geringer ist. Dies steht aber im Widerspruch zu Beobachtungen aus dem Alltag wie dem Verbot der Nutzung von Elektrogeräten in der Badewanne. Im weiteren Video wird dir dann der Unterschied zwischen reinem Wasser und Wasser, so, wie es aus der Hausleitung kommt, beschrieben und erklärt. Wenn du mehr dazu erfahren willst, dann schau dir das Video an. Im Anschluss findest du interaktive Übungen und Arbeitsblätter, um dein Wissen zu überprüfen.

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