Pourquoi la résistivité de l'eau ultrapure n'est-elle pas infinie ?

Dans un monde idéal, l'eau « absolument pure », à l'instar du vide, devrait opposer une résistance infinie au courant électrique, et sa résistivité devrait tendre vers l'infini. Or, même avec les instruments les plus sophistiqués, la résistivité de l'eau ultra pure reste très faible.Eau pure Elle demeure à une valeur extrêmement élevée, mais finie. Les propriétés intrinsèques de l'eau et les limites de notre technologie imposent une résistivité maximale théorique pour l'eau ultrapure.

On désigne souvent les molécules d'eau par la lettre H₂O, en supposant qu'elles sont parfaitement neutres. Cependant, en réalité, les molécules d'eau ne sont jamais si « pures » qu'elles ne contiennent que H₂O.

Comme la liaison covalente entre les atomes d'hydrogène et d'oxygène n'est pas parfaitement stable, les molécules d'eau subissent une réaction appelée « auto-ionisation ». En termes simples, une molécule d'eau « vole » un atome d'hydrogène à une autre.

2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻

Cette réaction correspond à un équilibre dynamique. Cela signifie que même dans l'eau la plus pure, des traces d'ions hydronium (H₃O⁺, abrégé en H⁺) et d'ions hydroxyde (OH⁻) sont toujours présentes. Ces ions agissent comme porteurs de charge, et leur présence confère à l'eau sa conductivité.

La formule de calcul de la résistivité (ρ) est ρ = 1/σ, où σ représente la conductivité. La conductivité est proportionnelle à la concentration ionique. Par conséquent, tant que des ions H⁺ et OH⁻ sont présents, la conductivité de l'eau ne sera pas nulle et sa résistivité ne sera pas infinie.

À 25 °C, dans l'eau pure, la concentration en ions H⁺ est égale à la concentration en ions OH⁻, soit 10⁻⁷ mol/L. À partir de cette concentration ionique, la résistivité théorique est d'environ 18,2 MΩ·cm. Cette valeur est considérée comme la limite théorique de la résistivité de l'eau ultrapure dans des conditions idéales.

Dans les applications concrètes, même en utilisant des technologies de pointe (telles que Osmose inverseLes techniques de traitement telles que l'échange d'ions, l'électrodésionisation et la désinfection aux ultraviolets ne permettent pas d'éliminer complètement tous les ions impurs (comme Na⁺, Cl⁻ et Ca⁺) de l'eau. Même si tous les ions présents dans l'eau peuvent être totalement éliminés, les « parasites » suivants restent difficiles à éliminer complètement :

Le dioxyde de carbone présent dans l'air est l'une des principales causes de la diminution de la résistivité de l'eau ultrapure en laboratoire. L'eau ultrapure est un solvant extrêmement puissant. Au contact de l'air, elle dissout rapidement le CO₂, formant de l'acide carbonique, qui s'ionise en ions H⁺ et HCO₃⁻.

CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻

Ce procédé augmente considérablement la concentration ionique, ce qui entraîne une chute rapide de la résistivité, passant de 18,2 MΩ·cm à une valeur comprise entre 1 et 10 MΩ·cm. Par conséquent, la mesure de l'eau ultrapure à très haute résistivité doit être effectuée sous atmosphère inerte et scellée.

Système d'eau ultrapure par osmose inverse pour examens physiques et analyses sanguines - Équipement d'osmose inverse - Nanjing Xuanke Environmental Protection Technology Co., Ltd.

Dissolution à partir des conteneurs et des tuyaux : Les conteneurs utilisés pour stocker et transporter de l’eau ultrapure (même ceux fabriqués en polyéthylène ou en téflon de haute pureté) peuvent dissoudre lentement des traces d’ions ou de matières organiques, contaminant ainsi les échantillons d’eau.

Microorganismes : Les micro-organismes sont porteurs d’une charge électrique et leur métabolisme peut également produire des substances ioniques, affectant la qualité de l’eau.