Conductimétrie/Principe de la conductimétrie

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Déplacement des ions

On dispose des solutions suivantes :

• Solution aqueuse de sulfate de cuivre II $\{Cu_{(aq)}^{2+}+SO_{4(aq)}^{2-}\}$. La couleur bleue vient des ions cuivre $Cu_{(aq)}^{2+}$.
• Solution aqueuse de permanganate de potassium $\{K_{(aq)}^{+}+MnO_{4(aq)}^{-}\}$. La couleur violette vient des ions permanganate $MnO_{4(aq)}^{-}$.
• Solution aqueuse de chlorure de fer III $\{Fe_{(aq)}^{3+}+3Cl_{(aq)}^{-}\}$. La couleur rouille vient des ions ferrique $Fe_{(aq)}^{3+}$.

Lorsque les deux électrodes sont soumises à une tension nous observons un déplacement des tâches.

Avant la mise sous tension

Après la mise sous tension

Courant électrique

Le courant électrique est un mouvement d’ensemble de porteurs de charge électrique :

• Dans le métal, les électrons se déplacent de la borne négative $\ominus$ vers la borne positive $\oplus$ à l’extérieur du générateur.
• Dans la solution, les porteurs de charges sont les anions et les cations :
  • Les cations ($Cu^{2+}$ et $Fe^{3+}$) se déplacent vers l’électrode négative, la cathode.
  • Les anions ($MnO_{4}^{-}$) se déplacent vers l’électrode positive, l’anode.

Tension électrique

Le générateur impose une différence d'état électrique ou différence de potentiel entre les bornes A et B.

• Potentiel de la borne A : V_A = 12 V
• Potentiel de la borne B : V_B = 0 V
• Différence de potentiel ou tension électrique : U_AB=12−0=12 V

La tension électrique U_AB est la différence de potentiel V_A−V_B entre les points A et B. Dans le S.I. l'unité est le volt de symbole V. U_AB=V_A −V_B

Intensité d’un courant électrique

Le sens conventionnel I du courant électrique est défini de la borne positive $\oplus$ à la borne négative $\ominus$ à l'extérieur du générateur.

L'intensité du courant électrique est la quantité de charge qui traverse une section de conducteur pendant une unité de temps.

$I={\frac {\Delta Q}{\Delta t}}\left\lbrack {\begin{array}{lll}I&intensit{\acute {e}}~du~courant&en~A\\\Delta Q&charge~traversant~la~section&en~C\\\Delta t&dur{\acute {e}}e&en~s\end{array}}\right.$

L'intensité représente un débit de charge. I augmente lorsque :

• le nombre de porteurs de charge est important.
• la vitesse des porteurs de charge est grande.

Résistance et conductance

La solution électrolytique se comporte comme un conducteur ohmique.

Loi d'Ohm La tension UAB imposée entre les électrodes A et B est proportionnelle à l'intensité I du courant électrique qui traverse de A vers B la solution électrolytique

On exprime cette proportionnalité de deux manières :

Résistance : $U_{AB}=R.I\left\lbrack {\begin{array}{lll}U_{AB}&tension&en~V\\R&r{\acute {e}}sistance&en~\Omega ~(ohm)\\I&intensit{\acute {e}}~du~courant&en~A\end{array}}\right.$

Conductance : $I=G.U_{AB}\left\lbrack {\begin{array}{lll}I&intensit{\acute {e}}~du~courant&en~A\\G&conductance&en~S~(siemens)\\U_{AB}&tension&en~V\end{array}}\right.$

Pour une tension électrique UAB donnée, le courant électrique I est d'autant plus intense que la conductance G est grande ou que la résistance R est faible.

$G={\frac {1}{R}}$

Mesure de conductance

Si on applique une tension électrique continue, des transformations chimiques sont susceptibles de se produire au niveau des électrodes. C'est le phénomène d'électrolyse.

Il disparaît en régime alternatif sinusoïdal. En effet les porteurs de charges vont osciller autour d'une position.

Le voltmètre et l’ampèremètre en mode alternatif (AC) mesurent des valeurs efficaces : I et U. Les relations précédentes sont toujours valables :

Oscillation des ions