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Fiche de révision : Propriétés électriques des solutions

Propriétés électriques des solutions

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Mesures par conductimétrie

  • La conductimétrie est une méthode d’analyse qui permet de mesurer les propriétés conductrices d’une solution électrolytique.
  • Montage utilisé pour réaliser les mesures conductimétriques

physique chimie terminale propriétés électriques des solutions

  • Dans une solution électrolytique, les ions hydratés sont les porteurs de charges électriques.
  • Le passage du courant électrique dans la solution est dû à la migration des anions et des cations qui se déplacent en sens inverse.
  • La conductimétrie permet de mesurer une grandeur physique : la conductance.
  • La conductance $G$
  • Représente la capacité de la portion de solution située entre les électrodes à conduire le courant électrique.

$$\boxed{G=\dfrac 1 R = \dfrac I U}$$

$G$ : conductance en siemens $(S)$
$R$ : résistance en ohm $(Ω)$
$I$ : intensité efficace du courant en ampère $(A)$
$U$ : tension efficace en volt $(V)$

  • Plus $G$ est élevée, plus la portion de solution située entre les électrodes conduit le courant électrique.
  • La conductivité d’une solution $(\sigma)$
  • Représente la capacité de la solution à conduire le courant électrique.

$$\boxed{\sigma=G \cdot k}$$

$\sigma$ : conductivité en siemens par mètre $(\text{S}\cdot\text{m}^{-1})$
$G$ : conductance en siemens $(\text{S})$
$k$ : constante de cellule $(\text{m}^{-1})$

  • La constante de cellule dépend de la surface des électrodes et de la distance entre les électrodes.

$$\boxed{k=\dfrac{S}{L}}$$

$k$ : constante de cellule $(\text{m}^{-1})$
$S$ : surface des électrodes $(\text{m}^2)$
$L$ : distance entre les électrodes $(\text{m})$

  • Contrairement à la conductance, la conductivité ne dépend pas de l’appareillage utilisé.

Loi de Kohlrausch et application

Loi de Kohlrausch

  • La conductivité d’une solution dépend de la nature des ions présents dans la solution, de leur concentration et de la température de la solution.
  • Loi de Kohlrausch
    À une température donnée, la conductivité d’une solution peut être exprimée en utilisant la loi de Kohlrausch :

$$\boxed{\sigma=\sum_{i}{\lambda_i\times \left[X_i\right]}}$$

$\sigma$ : conductivité de la solution $(\text{S}\cdot \text{m}^{-1})$
$λ_i$ : conductivité molaire ionique de l’ion $X_i$ $(\text{S}\cdot\text{m}^2\cdot\text{mol}^{-1})$
$[X_i]$ : concentration de l’ion $X_i\ (\text{mol}\cdot\text{m}^{-3})$

  • Cette relation n’est valable que pour des solutions diluées $(C<10^{-2}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1})$.
  • Pour une solution électrolytique diluée qui contient un seul soluté, la conductivité est proportionnelle à la concentration en soluté apporté.

Méthode du dosage par étalonnage

  • Mesurer la conductivité des solutions étalons contenant l’espèce chimique $X$ à différentes concentrations connues.
  • Tracer la courbe $\sigma=f\left(C\right)$ : on obtient une droite d’étalonnage.
  • Mesurer la conductivité de la solution de concentration inconnue contenant l’espèce chimique $X$.
  • Déterminer la concentration de la solution étudiée en utlisant la droite d’étalonnage.

Titrage conductimétrique

  • Le titrage conductimétrique consiste à suivre l’évolution de la conductance (ou de la conductivité) du milieu réactionnel en fonction du volume de solution titrante versé.
  • Il est utilisable pour déterminer la concentration d’une espèce chimique ionique en solution.
  • Pour chaque nouveau volume versé du réactif titrant, la conductance (ou la conductivité) du milieu réactionnel est mesurée : on obtient graphiquement la courbe de titrage.
  • La courbe de titrage obtenue est formée de deux droites de pentes distinctes se coupant en un point correspondant au point d’équivalence.
  • Si la conductivité du milieu diminue, alors nous obtenons une droite de pente négative.
  • Si la conductivité du milieu augmente, alors nous obtenons une droite de pente positive.
  • À l’équivalence, tous les ions titrés initialement présents ont réagi avec les ions titrant, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques.
    $n(I_{\text{titrant}})_{\text{versé}}=n(I_\text{titré})_{\text{initial}}$
    Soit, $\boxed{C_\text{titrant}\times V_{\text{titrant},eq}= C_\text{titré}\times V_\text{titré}}$