Τι είναι αγωγιμότητα;
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός διαλύματος είναι μια μαθηματική έκφραση της ικανότητας ενός υδατικού διαλύματος να διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα.
Αγωγιμότητα G είναι το ρεύμα Ι προς την διαφορά δυναμικού Ε που εφαρμόζεται σε δυο ηλεκτρόδια μέσα σε ένα διάλυμα. Η ικανότητα αυτή εξαρτάται από την παρουσία ιόντων, το σθένος τους, την κινητικότητά τους, τη συγκέντρωσή τους, τη θερμοκρασία και το ιξώδες του διαλύματος, καθώς και το μέγεθος της διαφοράς δυναμικού, με την οποία γίνεται η μέτρηση.
Σε ένα υδατικό διάλυμα, η αγωγιμότητα είναι ανάλογη της συγκέντρωσης των διαλυμένων αλάτων στο υγρό. Έτσι λοιπόν, όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση των αλάτων τόσο μεγαλύτερη είναι η αγωγιμότητα. Τα διαλύματα των περισσότερων ανόργανων οξέων και βάσεων και όλων των αλάτων είναι σχετικά καλοί αγωγοί του ρεύματος. Αντίθετα, τα μόρια των οργανικών ενώσεων που δεν διίστανται όταν διαλυθούν στο νερό, άγουν ελάχιστα ή καθόλου το ηλεκτρικό ρεύμα.
Αγωγιμότητα & Σκληρότητα
Η σκληρότητα του νερού είναι πολύ σημαντική παράμετρος καθορισμού της ποιότητάς του.
Η κύρια αιτία της σκληρότητας του νερού οφείλεται στην ύπαρξη των διαλυμένων σε αυτό ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου.
Η αυξημένη ολική σκληρότητα (Σκληρότητα Ασβεστίου + Σκληρότητα Μαγνησίου) προκαλεί πολλά προβλήματα από τις επικαθήσεις αλάτων σε σωληνώσεις, οικιακές συσκευές και φθορές σε επιφάνειες.
Στην Υγειονομική Διάταξη δεν υπάρχουν συγκεκριμένα όρια για την τιμή της σκληρότητας του πόσιμου νερού.
Είναι δυνατόν μετρώντας την αγωγιμότητα του νερού να γνωρίζουμε κατά προσέγγιση την σκληρότητα του νερού.
ΠΡΟΣΟΧΗ: Η μέτρηση της σκληρότητας με Αγωγιμόμετρα η όργανα μέτρησης TDS, δεν είναι εφικτή μετά την χρήση αποσκληρυντή.
Μετρήσεις μετά από τον αποσκληρυντή μπορούμε να κάνουμε μόνο με φωτόμετρα ή με χρωματικά test kits.
Αυτό συμβαίνει επειδή κατά την διαδικασία της αποσκλήρυνσης τα Ανθρακικά άλατα μετατρέπονται σε άλατα Νατρίου, γεγονός που δεν αλλάζει την αγωγιμότητα και τα TDS, αλλά μειώνει την σκληρότητα του νερού.
Μονάδες αγωγιμότητας
Η αγωγιμότητα μετριέται σε Siemens (S) και είναι το αντίστροφο της αντίστασης.
Η αγωγιμότητα εξαρτάται από τα γεωμετρικά στοιχεία του αγωγού σύμφωνα με τη σχέση, όπου:
A= το εμβαδόν της επιφάνειας των ηλεκτροδίων σε cm2
l = η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων σε cm
k= η ειδική αγωγιμότητα, η οποία ισούται με το αντίστροφο της ειδικής αντίστασης (ρ) και εκφράζει την αγωγιμότητα των ιόντων που ευρίσκονται σε κύβο διαλύματος ακμής 1cm.
Η πιο κοινή μονάδα μέτρησης της αγωγιμότητας είναι:
το S/cm (Siemens/cm ), με υποδιαιρέσεις:
το μS/cm (microSiemens/cm ) που είναι ίσο με 10-6 S/cm καιτο mS/cm (milliSiemens/cm ) ίσο με 10-3 S/cm.
Αλλιώς, για όσους δυσκολεύονται: 1 mS/cm = 1000 μS/cm.
Μονάδες και μετατροπές μονάδων Σκληρότητας
Η Σκληρότητα του νερού μετριέται σε mg/l ή (ppm) και σε Γαλλικούς, Αγγλικούς ή Γερμανικούς Βαθμούς.
1 ppm = 0.1°f = 0.0556 °d = 0.07 °e και
1°f = 10 ppm CaCO3
1°e=1.4 μS/cm = 1 ppm (parts per million CaCO3) ή
1ppm = 1 mg/l, η οποία είναι η μονάδα μέτρησης για τα διαλυμένα άλατα (TDS).
όπου:
°f: Γαλλικοί βαθμοί
°d: Γερμανικοί Βαθμοί
°e: Αγγλικοί Βαθμοί
Πίνακας μετατροπής μονάδων
| ppm | μS/cm | °f | σκληρότητα |
| 0-70 | 0-140 | 0-7 | πολύ μαλακό νερό |
| 70-150 | 140-300 | 7-15 | μαλακό νερό |
| 150-250 | 300-500 | 15-25 | κάπως σκληρό νερό |
| 250-320 | 500-640 | 25-32 | αρκετά σκληρό νερό |
| 320-420 | 640-840 | 32-42 | σκληρό νερό |
| >420 | >840 | >42 | πολύ σκληρό νερό |
Ηλεκτρόδια μέτρησης Αγωγιμότητας
Τα ηλεκτρόδια της αγωγιμότητας διαχωρίζονται σε 2 κατηγορίες, ανάλογα με την μέθοδο που χρησιμοποιούν:
- Την αμπερομετρική και
- Την ποτενσιομετρική
Αμπερομετρική
Η αμπερομετρική μέθοδος στα αγωγιμόμετρα χρησιμοποιεί μία γνωστή διαφορά δυναμικού (V) σε δύο ηλεκτρόδια και μετράει το ρεύμα (Ι) που διαρρέεται μέσω αυτών. Σύμφωνα με τον νόμο του Ohm:
I = V/R όπου R= αντίσταση, V= η γνωστή διαφορά δυναμικού και Ι = το ρεύμα (Ι) που διαρρέεται από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο.
Λογικό είναι ότι όσο αυξάνεται το ρεύμα τόσο αυξάνεται και η αγωγιμότητα. Όμως η αντίσταση εξαρτάται από την απόσταση που υπάρχει μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων και την επιφάνειά τους, η οποία επιφάνεια μπορεί να μεταβληθεί λόγω της εναπόθεσης αλάτων ή άλλων υλικών (ηλεκτρόλυση). Για τον λόγο αυτόν η αμπερομετρική μέθοδος συνιστάται για μετρήσεις σε διαλύματα με χαμηλό ποσοστό αλάτων (έως 2000 μS/cm).
Ποτενσιομετρική
Η ποτενσιομετρική μέθοδος των 4 δακτυλίων εκμηδενίζει τα προβλήματα που εμφανίζονται στην αμπερομετρική μέθοδο. Οι δύο ακραίοι δακτύλιοι εφαρμόζουν μια εναλλασσόμενη τάση και δημιουργούν ροή ρεύματος στο διάλυμα. Οι δύο εξωτερικοί δακτύλιοι, μετράνε την τάση την τάση που δημιουργείται από τη ροή ρεύματος στο διάλυμα, η οποία είναι ανάλογη της αγωγιμότητας του διαλύματος. Το PVC – υλικό μόνωσης μεταξύ των δακτυλίων – εξασφαλίζει τη σωστή μόνωση, ώστε το ρεύμα να παραμένει σταθερό χωρίς απώλειες. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των 4 δακτυλίων, έχουμε τη δυνατότητα να μετράμε αγωγιμότητα σε διαλύματα έως 200.000 μS/cm (200 mS/cm).
Αγωγιμότητα & Θερμοκρασία
Η αγωγιμότητα σε κάποιο διάλυμα προκαλείται από την κίνηση των μορίων. Η θερμοκρασία επιδρά στην κίνηση των μορίων και για τον λόγο αυτόν είναι πολύ σημαντικό να αντισταθμίσουμε την επίδραση της θερμοκρασίας, ειδικά στις μετρήσεις όπου η ακρίβεια κρίνεται απαραίτητη. Για να αντισταθμίσουμε την επίδραση της θερμοκρασίας χρησιμοποιούμε τον συντελεστή β. Ο συντελεστής αυτός εκφράζεται σε % ºC και μεταβάλλεται αναλόγως του διαλύματος που χρησιμοποιούμε.
Για παράδειγμα:
Μετράμε την αγωγιμότητα ενός διαλύματος στους 25 °C, η οποία σημειώνεται ως ‘C25‘.
Μετράμε την αγωγιμότητα του ιδίου διαλύματος σε μία άλλη θερμοκρασία ‘t°C’, η οποία σημειώνεται ως ‘Ct‘.
Ο συντελεστής θερμοκρασίας β υπολογίζεται από τον εξής τύπο:
| (Ct – C25) | |
| β = 100 x | —————————— |
| ( t°C – 25 °C) x C25 |
Στις περισσότερες εφαρμογές ο συντελεστής ορίζεται στο 2% °C, ως μία μέση τιμή που ικανοποιεί στις περισσότερες μετρήσεις.