Conductimétrie

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Une solution ionique est conductrice : c'est la présence d'ions qui assure le caractère conducteur de la 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 S et séparées d'une distance l.

[modifier] 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. 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^-1).

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 la conductivité de la solution. Cette grandeur est caractéristique de la solution : elle dépend de la concentration et de la nature des ions qui la composent, ainsi que de la température.

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

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

σ en S.m-1, 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.

[modifier] Conductivité molaire ionique λ_i

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 (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
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

On remarque que les ions H₃0⁺ et HO^- ont une conductivité molaire ionique plus importante que celle des autres ions. Cependant, en solution aqueuse, leur concentration est très faible (10^-7 mol.L^-1) et leur contribution est donc négligeable.

Exemple : si on pose 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 = 2,53.10^-2 S.m^-1.

Les mesures de conductimétrie permettent de déterminer la concentration des ions contenus dans cette solution.