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Les réactions de l’électricité lors des expériences

Par Mathieu le 09/08/2010 Ressources > Physique-Chimie > Première S > Les Effets de Conductance et de Conduction

1. Le courant électrique dans les solutions

Nous avons vu que le courant dans les métaux est dû aux électrons libres qui se déplacent sous l’impulsion d’une tension électrique. D’un mouvement désordonné, ils passent à un mouvement ordonné.
Dans les solutions, il n’y a pas d’électrons, la conduction est assurée par d’autres porteurs de charges : les ions. Lorsqu’on branche un générateur à une cellule électrolytique, les ions contenus dans la cellule vont circuler dans les deux sens puisque contrairement aux métaux, les charges positives se déplacent. Le courant électrique est assuré par la double migration des ions.

2. Conductance d’une solution ionique

1. Définition de la conductance

On se rappelle que la résistance électrique notée R est mesurée en ohm Ω. Elle traduit la capacité d’un conducteur à ‘résister’ au passage du courant. Cette notion se traduit par la loi d’ohm.

Pour les solutions électrolytiques, il en est de même que pour les conducteurs, elles résistent au courant. Par commodité, les chimistes préfèrent utiliser la conductance de la solution qui est l’inverse de sa résistance.

On la note G (siemens S). La conductance traduit la capacité d’une solution à conduire le courant.

I = G U

I = G U est la loi d’ohm d’une solution électrolytique.

2. Mesure de la conductance

On appelle cellule conductimétrique, l’ensemble constitué des deux électrodes et de la solution. Pour mesurer la conductance d’une cellule, on mesure I et U, on fait le rapport

3. Facteur qui influence G

a) Paramètres géométriques

Il y a deux paramètres géométriques qui modifient la conductance :
_ l’écartement entre les électrodes : L
Plus L est grande, moins les ions sont capables de faire la distance entre les électrodes. Ils sont freinés par les entités chimiques présentent en solution.
_ la surface immergée des électrodes : S
Plus S est grande, plus il y a d’ions susceptibles de passer d’une électrode à l’autre.
Après les études quantitatives, on en déduit la formule :

b) Conductivité d’une solution

Les chimistes ont construit les électrodes conductimétriques standard pour s’affranchir des paramètres géométriques S et L. La seule mesure restante est la constante que l’on nomme conductivité de la solution et qui est caractéristique de cette solution. On la note σ et se mesure en S/m.

c) Facteurs qui influencent σ

La grandeur σ ne dépend que de la solution, elle varie selon trois paramètres :
_ la concentration. Plus la solution est concentrée, plus la quantité d’ions permettant la conduction est grande, donc σ augmente.
_ la nature des ions en solution. Selon leur taille, leur charge, et la solvatation qu’ils subissent les ions circulent plus ou moins bien en solution, ils influencent donc la valeur de σ.
_ la température. Cette grandeur est liée à l’agitation des molécules et plus celle-ci est grande, plus elle favorise la conduction.

3. Conductivité molaire

1. Définition

La conductivité molaire d’une solution est le rapport entre la conductivité et la concentration des ions qu’elle contient.

Λ ne dépend pas de la concentration mais seulement de la température et de la nature des ions. On peut établir pour chaque ion, une conductivité molaire ionique λ.
Et dans le cas général, si la soluté s’écrit M+(aq) + X-(aq) on aura les deux conductivités molaires λM+ + λX- dont la somme est égale à la conductivité molaire de la solution.

λM+ + λX- = Λ

2. Les tables de conductivités

Les conductivités molaires des ions sont mesurées à plusieurs reprises à diverses concentrations en gardant les autres paramètres fixes. De cette manière, les chimistes ont obtenu les conductivités molaires ioniques des ions pour des dilutions infinies (concentration nulle). Elle sont notées λ0.
Ces conductivités molaires ioniques sont reportées dans les tables répertoriées.

Remarque :
Elles ne sont valables que pour des concentrations inférieures à 10-2 mol/L.

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