科學解釋:水為什麼能導電?可能遠不止你想像的那麼簡單

2020-11-22 騰訊網

導電性又叫做物體傳導電流的能力，是物體（固體、液體、氣體）本身具有的物理性質。不同物體的導電能力天差地別，一般來說，金屬、半導體、電解質溶液、熔融態電解質及少數非金屬都可以導電，其他物質的導電能力很差。

Free electron：自由電子

Hole: 空穴（電子空穴）

Photon: 光子

電子、離子移動，形成電流

世間萬物根據導電能力可分為導體、半導體、絕緣體，而對於導體，又可根據導電原理分為電子導體、離子導體和混合型導體。

電子導體：以電子載流子為主體導電的導體

離子導體：以離子載流子為主體導電的導體

混合型導體：電子載流子和離子載流子兼有的導體

此外，還有一些物體的導電原理並不是載流子的移動引起的，而是物體在電場力作用下，發生固體極化，傳導電流。

溶液導電原理

溶液能導電，是因為溶液中離子的定向移動引起的。雖然溶液中的離子時時刻刻都在移動當中，但由於雜亂無章，致使單個離子移動產生的「微小電流」疊加、相互抵消，從而使溶液在宏觀下沒有電流通過。

而如果外加一個電場（通電），那麼溶液中的離子便會在電場力的作用下定向移動，形成電流，也就是我們所說的導電。

在純水中，雖然水分子可以自發電離生成氫離子和氫氧根離子，但水的電離常數很小，只有1.0×10的負14次方。

也就是說，純水中大約每十億個水分子中，只有大約兩個水分子分解生成氫離子和氫氧根離子，因此在純水中，幾乎不存在離子。

然而，水是一種極性溶劑，也是一種良好溶劑，很容易溶解鹽等電解質和硫化氫、氯氣等氣體，生成正負離子。

純水在現實生活中基本不存在

為了滿足日常生活和工業生產所需，我們每天都要消耗大量的水，然而由於種種原因，比如地下水侵蝕地殼、河流湖泊衝刷河床、廢水排放等，使水中或多或少的含有多種離子，如鈣離子、鎂離子、鈉離子、鉀離子、氯離子、碳酸根離子等，而那些汙染嚴重的地表水中，還含有二價鉻離子、錳離子、銅離子等重金屬離子。

正是這些離子的存在，使得水能夠導電，而水並不是導體，這並不矛盾。

比如說：

純水的電阻率ρ＝100000Ω·cm（25℃）

超純水的電阻率ρ＝10MΩ·cm（25℃）

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