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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 GG
  • Représente la capacité de la portion de solution située entre les électrodes à conduire le courant électrique.

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

GG : conductance en siemens (S)(S)
RR : résistance en ohm (Ω)(Ω)
II : intensité efficace du courant en ampère (A)(A)
UU : tension efficace en volt (V)(V)

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

σ=k×G\boxed{\sigma=k\times G}

σ\sigma : conductivit en siemens par mètre (Sm1)(\text{S}\cdot\text{m}^{-1})
GG : conductance en siemens (S)(\text{S})
kk : constante de cellule (m1)(\text{m}^{-1})

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

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

kk : constante de cellule (m1)(\text{m}^{-1})
SS : surface des électrodes (m2)(\text{m}^2)
LL : distance entre les électrodes (m)(\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 :

σ=iλi×[Xi]\boxed{\sigma=\sum{i}{\lambdai\times \left[X_i\right]}}

σ\sigma : conductivité de la solution (Sm1)(\text{S}\cdot \text{m}^{-1})
λiλi : conductivité molaire ionique de l’ion XiXi (Sm2mol1)(\text{S}\cdot\text{m}^2\cdot\text{mol}^{-1})
[Xi][Xi] : concentration de l’ion Xi (molm3)Xi\ (\text{mol}\cdot\text{m}^{-3})

  • Cette relation n’est valable que pour des solutions diluées (C<102 molL1)(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 XX à différentes concentrations connues.
  • Tracer la courbe σ=f(C)\sigma=f\left(C\right) : on obtient une droite d’étalonnage.
  • Mesurer la conductivité de la solution de concentration inconnue contenant l’espèce chimique XX.
  • 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(Ititrant)verseˊ=n(Ititreˊ)initialn(I{\text{titrant}}){\text{versé}}=n(I\text{titré}){\text{initial}}
    Soit, Ctitrant×Vtitrant,eq=Ctitreˊ×Vtitreˊ\boxed{C\text{titrant}\times V{\text{titrant},eq}= C\text{titré}\times V\text{titré}}