Conductimétrie

Une solution ionique, aussi nommée électrolyte, est conductrice de l'électricité. La présence d'ions, chargés électriquement, assure le caractère conducteur de la solution.

Catégories :

Électricité - Propriété chimique - Chimie générale

Source image : ilephysique.net
Cette image est un résultat de recherche de Google Image. Elle est peut-être réduite par rapport à l'originale et/ou protégée par des droits d'auteur.

Page(s) en rapport avec ce sujet :

La conductimétrie est , en fait, un moyen indirect de mesurer les concentrations... Notons que dans une solution aqueuse, les ions possédant la conductivité... (source : lyceejamyot-melun)
Méthodes expérimentales - Conductimétrie. La conductimétrie est une technique servant à mesurer les propriétés conductrices d'une solution ionique.... (source : cpge-brizeux)

Une solution ionique, aussi nommée électrolyte, est conductrice de l'électricité. La présence d'ions, chargés électriquement, assure le caractère conducteur de la solution. La conductimétrie sert à mesurer les propriétés conductrices d'une telle solution.

En pratique, on détermine la conductance G d'un volume d'une solution avec une cellule de mesure constituée de deux plaques parallèles de surface immergée S et scindées d'une distance l.

La conductance mesure la facilité qu'a une solution à laisser passer le courant.

Conductivité σ d'une solution ionique

La valeur de la conductance G d'une solution ionique dépend de la nature de la solution, mais aussi de la géométrie de la cellule de mesure mais également du type d'anions et de cations contenus dans la solution. Elle peut être déterminée par la relation :

$G = \frac{\sigma \cdot S}{l}$

avec $G$ en siemens (S), $S$ en mètre carré (m²), $l$ en mètre (m) et σ en siemens par mètre (S/m).

Cette conductance est :

-proportionnelle à la surface S des électrodes de la cellule de mesure (aussi nommée cellule de conductimétrie)
-inversement proportionnelle à la distance l entre les 2 électrodes

D'autre part, la conductance est l'inverse de la résistance : $G = \frac{1}{R}$ avec $G$ en siemens (S) et $R$ en ohms $(Ω)$ .

On peut par conséquent avec une simple cellule, d'un générateur de tension $U$ et d'un ampèremètre branché en série, déduire la conductance avec la loi d'Ohm : $U = R \cdot I = \frac{I}{G}$ avec $U$ en volts (V), $R$ en ohms $(Ω)$ , $I$ en ampères (A) et $G$ en siemens (S). On peut aussi écrire : $G = \frac{I}{U}$ .

On nomme σ (sigma) la conductivité de la solution. Cette grandeur est caractéristique de la solution. Elle dépend :

de la concentration des ions

de la nature de la solution ionique

de la température de la solution.

Un conductimètre, préalablement étalonné, permet d'afficher directement la valeur de la conductivité σ de la solution.

En effet on a l'égalité suivante : $G = k \cdot \sigma \,$ ou $\, \sigma = \frac{G \cdot l}{S}$ , avec :

$σ$ la conductivité de l'électrolyte (en S/m)
$k$ la constante de cellule (homogène à une longueur et par conséquent exprimée en m)
$G$ la conductance (en S)
$l$ la distance entre les deux plaques du conductimètre immergées dans la solution (en m)
$S$ l'aire de ces plaques (en m²).

Conductivité molaire ionique λ_i

Espèces monochargées

La valeur de la conductivité σ peut être calculée à partir des conductivités molaires ioniques λ_i des ions qui composent cette solution (voir tableau ci-dessous donné à titre indicatif), mais aussi de leur concentration [X_i] :

$\sigma = \sum \lambda_i \cdot [X_i]$

avec σ en S. m^-1, λ_i en S. m². mol^-1 et [X_i] en mol. m^-3.

*Conductivités molaires ioniques à 25 °C d'ions monochargés en solution aqueuse particulièrement diluée*
ion	λ en mS. m². mol^-1
H₃O⁺	34, 98
HO^-	19, 86
Br^-	7, 81
Rb⁺	7, 78
Cs⁺	7, 73
I^-	7, 68
Cl^-	7, 63
1/2 Oxalate^2-	7, 411^[1]
K⁺	7, 35
NH₄⁺	7, 34
NO₃^-	7, 142
Ag⁺	6, 19
MnO₄^-	6, 10
F^-	5, 54
Na⁺	5, 01
CH₃COO^-	4, 09
Li⁺	3, 87
C₆H₅COO^-	3, 23

Article détaillé : Liste de conductivités ioniques.

On remarque que les ions H₃O⁺ et HO^- ont, en solution aqueuse, une conductivité molaire ionique plus importante que celle des autres ions. Ces deux ions étant des dérivés de l'eau leur mobilité dans l'eau est en effet particulièrement importante : ils assurent la conductivité non plus par déplacement de matière, mais par déplacement de charges.

Cependant, dans le cas de l'eau pure, leur concentration est particulièrement faible (10^-7 mol. L^-1) et leur contribution est par conséquent négligeable : une solution d'eau pure ne conduit que particulièrement peu l'électricité.

Exemple : la conductivité d'une solution de chlorure de sodium de concentration c = [Cl^-] = [Na⁺] = 2, 00 mol. m^-3 est égale à :

σ = λ_Cl^-. [Cl^-] + λ_Na⁺. [Na⁺]

σ = 7, 63.10^-3 x 2, 00 + 5, 01.10^-3 x 2, 00

σ = 2, 53.10^-2 S. m^-1.

Espèces polychargées

Si les ions portent plusieurs charges, les tables de valeurs donnent le plus souvent les conductivités molaires spécifiques, c'est-à-dire ramenées à l'unité de charge.

$\sigma = \sum zˆi\lambda_i \cdot [X_i]$ où zⁱ, est le nombre de charges portées par l'ion, indépendamment de leur signe.

Conductivités molaires ioniques à 25 °C d'ions polychargés en solution aqueuse particulièrement diluée
ion	λ en mS. m². mol^-1
SO₄^2-	16, 0
Ba²⁺	12, 8
Ca²⁺	11, 9
Cu²⁺	10, 7
Al³⁺	18, 9

Méthodes conductimétriques

Les mesures de conductimétrie permettent de déterminer la concentration des ions contenus dans cette solution. Elles sont particulièrement utilisées en chimie pour :

des dosages,
des déterminations de cinétique chimique,
des déterminations de constantes d'équilibres thermodynamiques (produit de solubilité par exemple).

Notes et références de l'article

(en) David R. Lide et Petr Vanýsek, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 87th Edition, CRC Press, partie 5-78

Voir aussi

Liens et documents externes

Recherche sur Amazone (livres) :

Principaux mots-clés de cette page : solution - conductivité - ions - ionique - conductance - cellule - molaire - mol - particulièrement - mesure - concentration - valeur - siemens - eau - charges - conductimétrie - plaques - distance - mètre - ohms -

Ce texte est issu de l'encyclopédie Wikipedia. Vous pouvez consulter sa version originale dans cette encyclopédie à l'adresse http://fr.wikipedia.org/wiki/Conductim%C3%A9trie.
Voir la liste des contributeurs.
La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 30/11/2010.
Ce texte est disponible sous les termes de la licence de documentation libre GNU (GFDL).
La liste des définitions proposées en tête de page est une sélection parmi les résultats obtenus à l'aide de la commande "define:" de Google.
Cette page fait partie du projet Wikibis.