Comment calculer la concentration à partir de la loi de taux ?

Déterminer la concentration d’une solution électrolytique à partir de la loi de Kohlrausch

La détermination de la concentration d’une solution électrolytique est une tâche courante en chimie. Plusieurs méthodes existent, et parmi elles, la loi de Kohlrausch offre une approche simple et efficace, particulièrement pour les solutions diluées d’électrolytes forts. Cette loi relie la conductivité d’une solution à sa concentration via une constante de proportionnalité, la conductivité molaire ionique. Cet article détaille le calcul de la concentration à partir de cette loi, en précisant ses limites et son domaine d’application.

La loi de Kohlrausch stipule que la conductivité électrique (σ) d’une solution électrolytique est directement proportionnelle à sa concentration (C) :

σ = kC

Où :

• σ représente la conductivité de la solution, exprimée en Siemens par mètre (S/m). La conductivité mesure la capacité d’une solution à conduire le courant électrique. Elle est déterminée expérimentalement à l’aide d’un conductimètre.
• k représente la conductivité molaire ionique, exprimée en S·m²/mol. Cette constante est spécifique à l’électrolyte considéré et dépend de la température. Elle reflète la contribution de chaque ion à la conductivité de la solution. On la trouve généralement dans des tables de données physico-chimiques. Il est crucial de noter que pour les électrolytes forts, k est une constante à une température donnée et à une dilution suffisante; pour les électrolytes faibles, l’application de cette formule est plus complexe et nécessite la prise en compte du degré de dissociation.
• C représente la concentration de la solution, exprimée en moles par mètre cube (mol/m³). C’est la grandeur que nous cherchons à déterminer.

Calcul de la concentration:

À partir de la loi de Kohlrausch, le calcul de la concentration est trivial :

C = σ / k

En pratique, la conductivité σ est mesurée expérimentalement et la conductivité molaire ionique k est obtenue à partir de tables de données. Le remplacement de ces valeurs dans l’équation permet de calculer la concentration C de la solution. Il est important de s’assurer que les unités utilisées sont cohérentes pour obtenir un résultat correct. Si la conductivité molaire ionique est donnée en S·cm²/mol, il faudra convertir la conductivité et la concentration pour utiliser le système international d’unités.

Limites de la loi de Kohlrausch:

Il est essentiel de comprendre les limites de cette loi :

• Solutions diluées: La loi de Kohlrausch est une approximation qui est valide principalement pour les solutions diluées d’électrolytes forts. À des concentrations élevées, les interactions ioniques deviennent significatives et affectent la conductivité de la solution, rendant l’équation moins précise.
• Température: La conductivité molaire ionique dépend fortement de la température. Il est donc crucial d’utiliser la valeur de k correspondant à la température de mesure de la conductivité.
• Electrolytes faibles: Pour les électrolytes faibles, la loi de Kohlrausch ne s’applique pas directement car la conductivité dépend du degré de dissociation, qui lui-même dépend de la concentration. Des méthodes plus complexes, prenant en compte la constante d’équilibre de dissociation, sont nécessaires.

En conclusion, la loi de Kohlrausch fournit une méthode simple et efficace pour déterminer la concentration d’une solution électrolytique diluée forte. Cependant, il est crucial de prendre en compte ses limites et d’utiliser les valeurs appropriées de la conductivité molaire ionique à la température de l’expérience. Pour les solutions concentrées ou les électrolytes faibles, des approches plus sophistiquées sont nécessaires.