Sciences · Chimie
Conductimétrie
La conductimétrie mesure la conductivité σ d’une solution, c’est-à-dire sa capacité à conduire le courant grâce aux ions qu’elle contient. Pour une solution diluée, σ est proportionnelle à la concentration des ions.
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L’eau pure conduit très mal le courant, l’eau salée beaucoup mieux. La différence tient aux ions dissous, qui transportent les charges électriques. La conductimétrie exploite ce phénomène : en mesurant la conductivité d’une solution avec un conductimètre, on peut déterminer une concentration, suivre une réaction ou repérer l’équivalence d’un titrage. Elle est au programme de première et terminale spécialité physique-chimie en France.
La conductivité
Le siemens (S) est l’inverse de l’ohm : 1 S = 1 Ω⁻¹. La conductance G d’une portion de solution vaut G = I / U, et la conductivité s’en déduit par la géométrie de la cellule de mesure : σ = G × L / S.
| Solution | Conductivité approximative à 25 °C |
|---|---|
| Eau ultra-pure | 0,055 µS/cm |
| Eau distillée de laboratoire | 1 à 5 µS/cm |
| Eau de pluie | 10 à 50 µS/cm |
| Eau du robinet | 200 à 800 µS/cm, selon la région |
| Eau de mer | Environ 50 mS/cm |
Seuls les ions conduisent : une solution de sucre, même très concentrée, a une conductivité presque aussi faible que l’eau pure. Voir conducteurs et isolants.
Le conductimètre
Le conductimètre comporte une cellule formée de deux plaques conductrices de surface S, séparées d’une distance L, plongée dans la solution. L’appareil applique une tension alternative (pour éviter l’électrolyse) et mesure l’intensité, ce qui donne la conductance puis la conductivité.
Règles de mesure :
- Étalonner l’appareil avec une solution étalon de conductivité connue (souvent du chlorure de potassium).
- Rincer la cellule à l’eau distillée, puis avec la solution à mesurer.
- Plonger la cellule de façon que les plaques soient entièrement immergées, sans bulle d’air.
- Travailler à température constante et la noter : la conductivité augmente d’environ 2 % par degré.
La loi de Kohlrausch
Pour une solution diluée, chaque ion contribue à la conductivité proportionnellement à sa concentration :
| Ion | λ à 25 °C (mS·m²·mol⁻¹) |
|---|---|
| H₃O⁺ (H⁺) | 35,0 |
| HO⁻ | 19,8 |
| SO₄²⁻ | 16,0 |
| K⁺ | 7,35 |
| Cl⁻ | 7,63 |
| Na⁺ | 5,01 |
Les ions H₃O⁺ et HO⁻ conduisent nettement mieux que les autres, grâce à un mécanisme particulier de transfert de proton entre molécules d’eau. C’est ce qui rend les titrages acide-base par conductimétrie si nets.
Le dosage par étalonnage
Pour une solution ne contenant qu’un seul soluté ionique, σ est proportionnelle à sa concentration : σ = k × c.
- Préparer une gamme de solutions de concentrations connues par dilution.
- Mesurer leurs conductivités et tracer la droite σ = f(c).
- Mesurer la conductivité de la solution inconnue et lire sa concentration.
C’est le même principe que le dosage spectrophotométrique avec la loi de Beer-Lambert, mais applicable à des solutions incolores.
Le titrage conductimétrique
Au cours d’un titrage, on suit la conductivité après chaque ajout de réactif titrant. La courbe σ = f(V) est formée de deux portions de droite dont l’intersection donne le volume à l’équivalence.
Pour limiter l’effet de la dilution, on ajoute souvent un grand volume d’eau distillée dans le bécher avant le titrage.
Expérience classique : la conductivité de l’eau salée
Matériel : un conductimètre étalonné, des béchers, du chlorure de sodium, une balance, des fioles jaugées, de l’eau distillée.
- Préparer des solutions de chlorure de sodium à 1, 2, 4, 6 et 8 mmol/L.
- Mesurer leur conductivité à température constante.
- Tracer σ = f(c) : on obtient une droite passant par l’origine, ce qui vérifie la loi de Kohlrausch.
- Mesurer une eau minérale et comparer avec l’indication de l’étiquette (résidu sec).
Erreurs fréquentes
- Oublier la conversion mol/L en mol/m³ : erreur d’un facteur 1 000.
- Oublier l’étalonnage ou mesurer à des températures différentes.
- Croire que toute solution conduit : une solution de sucre ou d’éthanol, sans ions, conduit très mal.
- Appliquer la loi de Kohlrausch à des solutions concentrées : elle n’est valable qu’en solution diluée.
- Lire l’équivalence au minimum de la courbe brute quand celui-ci est arrondi : il faut prolonger les deux portions de droite.
Exercice corrigé
Énoncé. Une solution de chlorure de potassium a une conductivité de 1,48 × 10⁻² S/m à 25 °C. 1) Exprimer σ en fonction de c (en mol/m³). 2) En déduire c en mol/m³ puis en mol/L. (λ(K⁺) = 7,35 mS·m²·mol⁻¹, λ(Cl⁻) = 7,63 mS·m²·mol⁻¹)
Corrigé.
σ = (λ(K⁺) + λ(Cl⁻)) × c = 14,98 × 10⁻³ × c.c = 1,48 × 10⁻² / 14,98 × 10⁻³ ≈ 0,988 mol/m³, soit environ9,9 × 10⁻⁴ mol/L.
Questions fréquentes
Pourquoi l’eau du robinet conduit-elle le courant ?
Parce qu’elle contient des ions dissous : calcium, magnésium, sodium, hydrogénocarbonate, chlorure, sulfate. C’est ce qui la rend dangereuse près des appareils électriques.
À quoi sert la conductimétrie en dehors du lycée ?
À contrôler la qualité des eaux (eau potable, eau ultra-pure pour l’électronique et la pharmacie), à suivre la salinité de l’eau de mer et à surveiller certains procédés industriels.
Pourquoi utilise-t-on une tension alternative ?
Une tension continue provoquerait une électrolyse aux électrodes, modifiant la solution et faussant la mesure. L’alternatif inverse le sens du courant très rapidement et évite ces réactions. Voir électrolyse.