Warum ist in reinem Wasser kein Stromfluss möglich?

Wann leitet ein Material den elektrischen Strom?

Um in einem Material, egal ob Festkörper, Flüssigkeit oder Gas, einen elektrischen Stromfluss zu ermöglichen, benötigen Sie in diesem Material freie und bewegliche Ladungsträger.

• In einem Metall handelt es sich bei diesen Ladungsträgern um die bekannten Elektronen, die sich leicht von den Atomen trennen und für den Stromfluss sorgen. Elektronen sorgen also für die gute Leitfähigkeit der Metalle.
• In Halbleitern sorgen ebenfalls Elektronen, in einigen Fällen auch Löcher (die verbliebenen positiven Lücken) für die Leitfähigkeit. Wie der Begriff "Halbleiter" jedoch bereits andeutet, ist deren Leitfähigkeit geringer.
• Isolatoren bzw. Nichtleiter wie beispielsweise Glas und viele Spezialkeramiken verfügen über keine oder nur eine verschwindend kleine Menge an Ladungsträgern. Sie leiten daher den elektrischen Strom nicht.
• In vielen Flüssigkeiten gibt es keine beweglichen Elektronen, jedoch andere geladene Teilchen, die den Stromfluss möglich machen. Dabei handelt es sich um negativ oder positiv geladenen Ionen, also Atome, denen ein Elektron in der Schale fehlt bzw. die ein zusätzliches Elektron aufgenommen haben. Ein gutes Beispiel sind in Wasser gelöste Salze wie NaCl, die sich dort in positiv geladene Na⁺-Ionen und negativ geladene Cl^--Ionen aufspalten und den elektrischen Strom leiten.
• Selbst Gase können unter bestimmten Umständen elektrisch leitend werden, nämlich dann, wenn beispielsweise durch radioaktive Strahlung oder durch eine angelegte Spannung ein Teil der Luftmoleküle bzw. -atome ionisiert werden. Leuchtstoffröhren sowie Blitze sind hier geeignete Beispiele.

Ist Stromfluss in reinem Wasser möglich?

Leitungswasser, das man einem Wasserhahn entnehmen kann, ist, wie man experimentell leicht zeigen kann, elektrisch leitfähig. Es enthält nämlich einen geringen Anteil an gelösten Salzen, die als Ionen den Stromfluss in dieser Flüssigkeit ermöglichen.

• In reinem Wasser ist im gleichen Experiment kein Stromfluss nachweisbar. Dabei soll unter reinem Waser destilliertes bzw. demineralisiertes Wasser verstanden werden. Ihm fehlen schlicht die für den Ladungstransport wichtigen Ionen aus den Salzen bzw. Mineralien.
• Genauere Messungen zeigen jedoch, dass auch reines Wasser eine äußerst geringe Leitfähigkeit hat. Keinesfalls reicht diese Leitfähigkeit an die der Metalle heran; reines Wasser ist jedoch leitfähiger als die meisten als Isolierungen gebräuchlichen Nichtleiter.
• Aber woher kommt dieser, wenn auch geringe, Stromfluss bei reinem Wasser? Auch in reinem Wasser, das ja eigentlich nur aus H₂O-Molekülen bestehen sollte, spaltet sich eine sehr geringe Anzahl der Wassermoleküle in Ionen (OH^- und H⁺, das sich an ein H₂O-Molekül anlagert und ein H₃O⁺-Ion bildet) auf. Dieser Sachverhalt wird in der Chemie als Autoprotolyse bezeichnet. Diese wenigen Ionen führen zu einer geringen Leitfähigkeit auch von reinem Wasser. Die beiden Ionenarten heißen übrigens Oxonium- und Hydroxidionen.

In reinem Wasser ist also durchaus ein sehr geringer Stromfluss möglich, allerdings ist dieser nur mit genauen Messgeräten nachweisbar.