Concours paramédicaux
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Concours socio-éducatifs
Les solutions ioniques conduisent le courant électrique. La conductivité est une grandeur physique qui caractérise l'aptitude d'une substance à conduire le courant. La conductimétrie est la mesure de la conductivité. Comment s'effectue cette mesure ? Quel intérêt présente-t-elle ? Comment permet-elle de suivre l'évolution d'un système ?
1. Conduction du courant électrique
• Le courant électrique ne circule que dans les solutions contenant des ions : c'est pourquoi les solutions ioniques sont aussi appelées solutions électrolytiques.
• Le passage du courant dans la solution est dû à la circulation des ions :
Test n°1
- les cations, chargés positivement, circulent de la borne + du générateur vers la borne − (dans le sens conventionnel du courant) ;
- les anions, chargés négativement, circulent de la borne − du générateur vers la borne + (dans le sens inverse du sens conventionnel du courant).
Test n°1
2. Conductance d'une portion de solution
• Une cellule de conductimétrie est constituée de deux plaques (les électrodes) identiques et parallèles, reliées à un générateur de tension alternative (pour éviter l'altération des électrodes).
Lorsqu'on plonge une cellule de conductimétrie dans une solution conductrice et qu'on fait varier la tension U à ses bornes en mesurant l'intensité I du courant qui la traverse, on constate la proportionnalité entre U et I : la portion de solution comprise entre les plaques se comporte comme un conducteur ohmique.
La loi d'Ohm s'écrit alors :
U = R
I, où R est la résistance de la portion de solution,
U en volts (V) ; I en ampères (A) ; R en ohms (Ω).
Lorsqu'on plonge une cellule de conductimétrie dans une solution conductrice et qu'on fait varier la tension U à ses bornes en mesurant l'intensité I du courant qui la traverse, on constate la proportionnalité entre U et I : la portion de solution comprise entre les plaques se comporte comme un conducteur ohmique.
La loi d'Ohm s'écrit alors :
U = R

U en volts (V) ; I en ampères (A) ; R en ohms (Ω).
• En conductimétrie, on mesure la conductance G, qui est définie comme l'inverse de la résistance :
G =
U en volts (V) ; I en ampères (A) ; G en siemens (S).
Test n°2Test n°3
G =

U en volts (V) ; I en ampères (A) ; G en siemens (S).
Test n°2Test n°3
• La conductance d'une portion de solution dépend :
G = k
σ
où k est la constante de cellule en mètres (m) et σ la conductivité de la solution en siemens par mètre (S
m−1).
La constante de cellule k ne dépend que de sa géométrie : on montre que
, où S est la surface d'une électrode (m2) et l la distance entre les électrodes (m).
Remarque : on peut aussi définir la résistivité ρ d'une solution (en Ω
m)
.
Test n°4Test n°5
- de la géométrie de la cellule de la mesure ;
- de la nature de la solution.
G = k

où k est la constante de cellule en mètres (m) et σ la conductivité de la solution en siemens par mètre (S

La constante de cellule k ne dépend que de sa géométrie : on montre que

Remarque : on peut aussi définir la résistivité ρ d'une solution (en Ω


Test n°4Test n°5
3. Conductivité d'une solution ionique
• La conductivité d'une solution est notée σ.
Son unité SI est le S
m−1 mais on utilise couramment le mS
cm−1 et le μS
cm−1.
Conversions :
1 mS
cm−1 = 10−1 S
m−1 ;
1 μS
cm−1 = 10−3 mS
cm−1 = 10−4 S
m−1.
Son unité SI est le S



Conversions :
1 mS


1 μS



• La conductivité d'une solution dépend :
- de la nature des ions présents ;
- de leurs concentrations ;
- de la température.
• À une température donnée, on exprimera la conductivité d'une solution ionique sous la forme
, où λi est la conductivité molaire ionique de l'ion Xi (en S
m2
mol−1) et [Xi] est la concentration molaire effective de l'ion en solution (en mol
m−3).
Attention : dans cette relation, la concentration molaire est exprimée en mol
m−3 et non en mol
L−1. Conversion : 1 mol
L−1 = 103 mol
m−3.
Cette relation n'est valable que pour des concentrations faibles (inférieures à 10−2 mol
L−1).
![\sigma=\sum \lambda_i\cdot [\mathrm{X}_i]](/docs/csan/images/cc_chi_14_m16.png)



Attention : dans cette relation, la concentration molaire est exprimée en mol




Cette relation n'est valable que pour des concentrations faibles (inférieures à 10−2 mol

• Les valeurs des conductivités molaires ioniques dépendent de la température (elles augmentent lorsque la température augmente, car les ions sont plus mobiles). Elles sont tabulées à 25 °C :
On remarque que les conductivités molaires ioniques des ions hydroxyde HO− et oxonium H3O+ sont nettement supérieures à celles des autres ions, en raison de leur forte mobilité parmi les molécules d'eau.
Test n°6Test n°7
Cation Xi | λi (mS ![]() ![]() | Anion Xi | λi (mS ![]() ![]() |
H3O+ | 34,98 | HO− | 19,92 |
Li+ | 3,86 | F− | 5,54 |
Na+ | 5,01 | Cl− | 7,63 |
K+ | 7,35 | Br− | 7,81 |
On remarque que les conductivités molaires ioniques des ions hydroxyde HO− et oxonium H3O+ sont nettement supérieures à celles des autres ions, en raison de leur forte mobilité parmi les molécules d'eau.
Test n°6Test n°7
4. Applications à la mesure de quantités de matière
• Pour une solution contenant un seul soluté, et pour des concentrations faibles, la conductivité de la solution est proportionnelle à la concentration C de la solution. On peut donc établir une droite d'étalonnage à partir de solutions de concentrations connues, et reporter sur cette droite la conductivité d'une solution de concentration inconnue pour déterminer la valeur de sa concentration.
• Les limites de cette méthode :
- l'étalonnage permet de déterminer la concentration d'une solution mais il faut connaître la nature des ions présents ;
- lorsque la solution est composée d'un mélange de solutés, alors la conductivité dépend de plusieurs concentrations, cette méthode n'est pas applicable en l'état ;
- lorsque les concentration sont plus élevées ( > 10−2 mol
L−1), σ n'est plus proportionnelle à C. On peut cependant utiliser la méthode d'étalonnage mais la courbe n'est plus une droite. On peut aussi diluer la solution.
• On peut aussi utiliser la conductimétrie pour suivre une réaction chimique au cours de laquelle des ions sont formés ou consommés, par exemple pour les dosages.
Test n°8
Test n°8
À retenir
• La conductance G d'une portion de solution conductrice est l'inverse de sa résistance :
.
Son unité SI est le siemens (S). On l'exprime sous la forme G = k
σ, où k est la constante de cellule (m) et σ la conductivité de la solution (S
m−1).

Son unité SI est le siemens (S). On l'exprime sous la forme G = k


• La conductivité d'une solution dépend des concentrations [Xi] des ions Xi qu'elle contient et de leurs conductivités molaires ionique λi.
avec σ en S
m−1, λi en S
m2
mol−1 et [Xi] en mol
m−3.
![\sigma=\sum \lambda_{i}\cdot [\mathrm{X}_{i}]](/docs/csan/images/cc_chi_14_m33.png)



