Conductimetrie

Conductimétrie

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

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

Sommaire

1 Conductivité σ d'une solution ionique
2 Conductivité molaire ionique λ_i
- 2.1 Espèces monochargées
- 2.2 Espèces polychargées
3 Méthodes conductimétriques
4 Notes et références de l'article
5 Voir aussi
- 5.1 Articles connexes
- 5.2 Liens et documents externes

Conductivité σ d'une solution ionique

La valeur de la conductance G d'une solution ionique dépend de la nature de la solution, ainsi que de la géométrie de la cellule de mesure mais aussi 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:

-proportionelle à la surface S des électrodes de la cellule de mesure (également appelée cellule de conductimétrie)
-inversement proportionelle à la distance l entre les 2 électrodes

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

On peut donc à l'aide d'une simple cellule, d'un générateur de tension $U$ et d'un ampèremètre branché en série, déduire la conductance à l'aide de 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 appelle 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.

La conductivité vérifie l'égalité suivante: $G = k \cdot \sigma$ ou $\sigma = \frac{G \cdot l}{S}$

σ en S/m, k constance de cellule, $G$ en S, $l$ espace entre les deux cellules du conductimètre immergés dans la solution en m, $S$ surface de ces cellules 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), ainsi que 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 très diluée*
ion	λ en mS.m².mol^-1
H₃O⁺	34,98
OH^-	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^-	7,14
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 très 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 très faible (10^-7 mol.L^-1) et leur contribution est donc négligeable : une solution d'eau pure ne conduit que très 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 généralement les conductivités molaires spécifiques, c'est-à-dire ramenées à l'unité de charge.

$\sigma = \sum z^i\lambda_i \cdot [X_i]$ 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 très 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 très 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

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