Mesure en chimie/Conductimétrie

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Conduction des solutions aqueuses

Solutions conductrices

Définition

Un matériau conducteur contient les particules chargées qui peuvent être mises en mouvement lorsqu’il est soumis à une différence de potentiel. Ces particules chargées sont appelées porteurs de charges.

Remarque : dans les métaux, les porteurs de charges sont les électrons et dans les solutions, ce sont les ions.

Déplacement des ions dans une solution

Les cations (ions positifs) de la solution se dirigent vers l'électrode négative (anode) tandis que les anions (ions négatifs) se dirigent vers l'électrode positive (cathode).

Donc, dans une solution aqueuse, le transport du courant électrique est assuré par un double déplacement d'ions, les anions en direction de la cathode et les cations en direction de l'anode .

Conductivité d'une solution aqueuse

Définition

Un conductimètre est constitué par deux électrodes en cuivre rectangulaire plongeant dans la solution à étudier. L'ensemble est soumis à une tension alternative sinusoïdale de valeur efficace U_AB mesurée par un voltmètre. L'intensité efficace I est mesurée par un ampèremètre.

On définit donc la résistance de la portion d'électrolyte placée entre les deux électrodes :

${\frac {U}{I}}=R$ avec : UAB en V I en A R en Ω

et la conductance G est :

${\frac {I}{U}}$ = ${\frac {1}{R}}=G$ avec : UAB en V I en A G en S (Siemens) R en Ω

Facteur dont dépend la conductance de l'électrolyte

Ces facteurs peuvent être classés en deux catégories, ceux qui caractérisent la cellule de mesure et ceux qui caractérisent la solution étudiée.

Facteurs caractérisant la cellule de mesure

• La conductance est inversement proportionnelle à la distance entre les plaques.
• La conductance est proportionnelle à la surface immergée des électrodes.

Facteurs caractérisant la solution étudiée

• La conductance dépend des espèces chimiques présentes dans la solution.
• La conductance est proportionnelle à la concentration de la solution.
• La conductance dépend de la température de la solution.

Interprétation

À partir de ces facteurs on peut trouver une formule pour la conductance G :

G = σ × ${\frac {S}{L}}$ avec : G = conductance en S ; σ = conductivité de la solution en S/m ; S = surface des électrodes en m² ; L = distance entre les électrodes en m.

Conductivité des solutions ioniques

Pour une solution diluée, pour S (surface des électrodes) et L (distance entre les électrodes) fixés, la conductance est proportionnelle à la concentration c de la solution.

σ = Δ × c avec : σ = conductivité de la solution en S/m ; Δ = conductivité molaire de soluté en S.m²/mol ; c = concentration de la solution en mol/m³.

Conductivité molaire ionique

Relation pour une solution quelconque

Soit une solution contenant un cation M⁺ de concentration [M] et un anion A⁻ de concentration [A].

σ = λM⁺ . [M] + λA⁻ . [A] avec : σ la conductivité de la solution en S/m ; λM⁺ et λA⁻ les conductivités molaires ioniques respectives des ions M et A en S.m²/mol ; [M] et [A] les concentrations molaires respectives des ions M et A en mol/m³.

Exemples de valeurs

λH3O⁺ = 349,8.10⁻⁴S.m².mol⁻¹ λNa⁺ = 50,1.10⁻⁴S.m².mol⁻¹ λAg⁺ = 61,9.10⁻⁴S.m².mol⁻¹ λOH⁻ = 198,6.10⁻⁴S.m².mol⁻¹ λCl⁻ = 40,9.10⁻⁴S.m².mol⁻¹