L'eau pure est un conducteur terrible de l'électricité. L'eau distillée, par exemple, a une conductivité mesurée de 4 x 10-6 siemens par mètre - un chiffre très bas. Dissoudre d'autres substances dans l'eau, cependant, peut améliorer sensiblement sa conductivité en fonction de la nature du soluté. En effet, les ions peuvent servir porteurs de charge mobiles dans l'eau.
Conductivité électrique
Pourquoi certaines substances conduisent l'électricité mais pas d'autres? La raison doit faire avec leur structure au niveau atomique ou moléculaire. Les métaux, par exemple, sont de bons conducteurs parce que leurs atomes perdent des électrons facilement, créant un «nuage» d'électrons délocalisés partagés entre plusieurs atomes. Ces électrons délocalisés se déplacent facilement en présence d'un champ électrique. Les matériaux tels que le graphite, pour prendre un autre exemple, ont beaucoup d'électrons délocalisés grâce à leur structure moléculaire et sont donc de bons conducteurs. Dans les matériaux tels que le diamant ou de l'eau, en revanche, les électrons sont étroitement liés par les molécules individuelles auxquelles ils appartiennent et ne peuvent pas migrer facilement à partir d'une molécule à l'autre, de sorte que ces matériaux sont de mauvais conducteurs.
composés ioniques
Les composés ioniques tels que le chlorure de magnésium sont constitués d'ions qui ont perdu ou gagné des électrons et donc disposent d'une charge électrique. Ces ions sont attirés les uns aux autres, et la force de cette attraction les maintient ensemble, sous la forme cristalline. Quand ils se dissolvent dans l'eau, cependant, les ions chargés positivement et négativement se séparent et vont leurs moyens respectifs, chacun escorté par une «enveloppe» des molécules d'eau. Lorsqu'un champ électrique est appliqué, ces ions migrent vers les bornes positives ou négatives (en fonction de la charge associée à chaque fois). Ce flux d'ions est un courant, donc la dissolution d'un composé ionique dans l'eau augmente considérablement sa conductivité. La conductivité de l'eau saturée de chlorure de sodium, par exemple, est de 22,7 siemens par mètre - plusieurs ordres de grandeur meilleure que l'eau pure.
Acides et bases
Dissoudre un acide ou une base dans l'eau améliore également sa conductivité. En effet, les acides donnent des ions hydrogène aux molécules d'eau, tandis que les bases les emmènent. L'eau pure a une faible concentration en hydrogène et en ions hydroxyde, mais en ajoutant un acide ou une base augmente de façon importante la concentration en ions, de sorte qu'il rend l'eau un meilleur conducteur. Dans l'environnement, le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau pour donner une faible concentration de l'acide carbonique, de sorte que certains des ions bicarbonate sont en général présents dans tous les cas.
Considérations
Qu'est-ce que les acides, les bases et les sels ont en commun? Quand ils se dissolvent dans l'eau, ils forment un électrolyte - une solution avec des ions libres qui peuvent conduire l'électricité (au moins dans une certaine mesure). L'eau est si bon à dissoudre les composés ioniques qu'il est rarement, sinon jamais, à l'état pur dans notre environnement; habituellement, certains sels dissous sont présents, comme les ions calcium et magnésium qui rendent l'eau du robinet "dur". L'augmentation de la concentration en sel, cependant, va certainement améliorer sa conductivité.