Dans notre monde idéal, l’eau « absolument pure » devrait, comme le vide, offrir une résistance infinie au courant électrique, et sa résistivité devrait approcher l’infini. Cependant, lorsque nous mesurons cela avec les instruments les plus sophistiqués, nous constatons que même avec la technologie de pointe actuelle, la résistivité de l'eau ultrapure reste à une valeur extrêmement élevée, mais limitée. Les propriétés inhérentes de l’eau et les limites de notre technologie imposent qu’il existe une résistivité théorique maximale pour l’eau ultrapure.
Nous appelons souvent les molécules d’eau H₂O, en supposant qu’elles sont absolument neutres. Cependant, en réalité, les molécules d’eau ne sont jamais si « pures » qu’elles ne laissent que du H₂O.
Parce que la liaison covalente entre les atomes d’hydrogène et d’oxygène n’est pas absolument stable, les molécules d’eau subissent une réaction appelée « autoionisation ». En termes simples, une molécule d'eau « vole » un atome d'hydrogène à une autre :
2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻
Cette réaction est un équilibre dynamique. Cela signifie que même dans l'eau la plus pure, des traces d'ions hydronium (H₃O⁺, en abrégé H⁺) et d'ions hydroxyde (OH⁻) sont toujours présentes. Ces ions agissent comme porteurs de charge et leur présence rend l’eau conductrice.
La formule de calcul de la résistivité (ρ) est ρ=1/σ, où σ est la conductivité. La conductivité est proportionnelle à la concentration en ions. Par conséquent, tant que les ions H⁺ et OH⁻ sont présents, la conductivité de l’eau ne sera pas nulle et la résistivité ne sera pas infinie.
À 25 degrés, dans de l'eau pure, [H⁺]=[OH⁻]=10⁻⁷mol/L. Sur la base de cette concentration ionique, la résistivité théorique est d'environ 18,2 MΩ.cm. Cette valeur est considérée comme la résistivité limite théorique de l’eau ultrapure dans des conditions idéales.
Dans les applications-du monde réel, même en utilisant des technologies-de pointe (telles que l'osmose inverse, l'échange d'ions, l'électro-déionisation et la désinfection aux ultraviolets) ne peuvent pas éliminer complètement tous les ions d'impuretés (tels que Na⁺, Cl⁻ et Ca⁺) de l'eau. Même si tous les ions présents dans l'eau peuvent être complètement éliminés, les « étrangers » suivants restent difficiles à éliminer complètement :
Dioxyde de carbone dans l’air : C’est l’un des principaux responsables de la diminution de la résistivité de l’eau ultrapure en laboratoire. L'eau ultrapure est un solvant extrêmement puissant. Une fois exposé à l'air, il dissout rapidement le CO₂, formant de l'acide carbonique, qui s'ionise en ions H⁺ et HCO₃⁻ :
CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻
Ce processus augmente considérablement la concentration en ions, provoquant une chute rapide de la résistivité de 18,2 MΩ·cm à la plage de 1-10 MΩ·cm. Par conséquent, la mesure de l’eau ultrapure à haute résistivité doit être effectuée sous une atmosphère inerte et scellée.
Système d'eau ultrapure à osmose inverse pour les examens physiques et les analyses de sang - Équipement d'osmose inverse - Nanjing Xuanke Environmental Protection Technology Co., Ltd.
Dissolution à partir de conteneurs et de tuyaux : les conteneurs utilisés pour stocker et transporter de l'eau ultrapure (même ceux en polyéthylène de haute pureté ou en téflon) peuvent dissoudre lentement des traces d'ions ou de matières organiques, contaminant ainsi les échantillons d'eau.
Microorganismes : Les micro-organismes portent une charge électrique et leur métabolisme peut également produire des substances ioniques, affectant la qualité de l'eau.