Mesure des quantités de matière en solution par conductimétrie

Introduction

Une solution ionique, contenant des ions dissous, est capable de conduire le courant electrique. La conductimetrie etudie cette conduction et permet, par des mesures physiques simples, de determiner la concentration d'une solution ionique.

1. La conductance d'une solution

Lorsqu'on plonge une cellule conductimetrique (deux electrodes paralleles) dans une solution ionique et qu'on applique une tension alternative de faible amplitude entre les electrodes, on mesure une conductance G, exprimee en siemens (S). La conductance depend de la nature de la solution, de sa concentration en ions, ainsi que de la geometrie de la cellule utilisee (surface S des electrodes et distance L qui les separe) :

G = sigma x (S / L)

ou sigma est la conductivite de la solution, exprimee en siemens par metre (S/m), et S/L est appelee constante de cellule (en m).

2. La conductivite d'une solution ionique

La conductivite sigma d'une solution ionique depend de la nature et de la concentration de chacun des ions presents en solution. Elle s'exprime, pour une solution diluee, comme la somme des contributions de chaque espece ionique :

sigma = somme, pour chaque ion i, de (lambda_i x [i])

ou lambda_i est la conductivite molaire ionique de l'ion i (en S.m2/mol), grandeur tabulee caracteristique de chaque ion, et [i] la concentration molaire de cet ion dans la solution (en mol/m3).

A temperature donnee, chaque ion possede sa propre conductivite molaire ionique : par exemple, l'ion hydrogene H3O+ conduit beaucoup mieux le courant que la plupart des autres ions, en raison de son mode de deplacement particulier dans l'eau.

3. Etalonnage et determination d'une concentration

Pour determiner la concentration d'une solution ionique inconnue, on procede generalement par etalonnage : on mesure la conductance (ou la conductivite) de plusieurs solutions de concentrations connues d'une meme espece ionique, ce qui permet de tracer une courbe d'etalonnage (conductance en fonction de la concentration, generalement une droite passant par l'origine pour des solutions suffisamment diluees). La mesure de la conductance de la solution inconnue, reportee sur cette courbe, permet d'en deduire sa concentration.

4. Le dosage conductimetrique

La conductimetrie permet egalement de suivre l'evolution d'une reaction chimique au cours d'un dosage, en mesurant la conductance du melange reactionnel au fur et a mesure de l'ajout d'un reactif titrant. La courbe de conductance en fonction du volume verse presente generalement une rupture de pente (un changement net de direction) a l'equivalence du dosage, ce qui permet de determiner precisement le volume equivalent et, par suite, la concentration de l'espece dosee, sans necessiter d'indicateur colore.

Schema-bilan

Solution ionique -> mesure de la conductance G (cellule conductimetrique) -> conductivite sigma = somme(lambda_i x [i]) -> etalonnage ou dosage conductimetrique -> determination de la concentration d'une espece ionique en solution.