Comment trouver la concentration totale en ions à partir de la conductivité ?

Déterminer la concentration ionique totale à partir de la conductivité

La conductivité électrique d’une solution ionique est un outil précieux pour estimer la concentration totale des ions présents. Cette propriété physique est directement corrélée à la concentration ionique, ce qui permet une analyse rapide et non destructive. La relation entre ces deux grandeurs est cependant indirecte et requiert l’application de la loi de Kohlrausch.

Le principe fondamental

L’augmentation de la concentration ionique dans une solution entraîne une augmentation de sa conductivité. Plus il y a d’ions libres capables de transporter le courant électrique, plus la solution est conductrice. Cette relation proportionnelle se traduit par l’équation suivante :

Conductivité (σ) = k x Concentration ionique (C)

où k est la constante de proportionnalité, déterminée par la loi de Kohlrausch.

La loi de Kohlrausch : un facteur déterminant

La loi de Kohlrausch, formulée par Friedrich Kohlrausch, stipule que la conductivité équivalente d’un électrolyte à dilution infinie est la somme des conductivités équivalentes des ions qui le constituent. Cette loi, fondamentale en électrochimie, permet de calculer la constante k.

En pratique, la constante k est déterminée expérimentalement en mesurant la conductivité de solutions de concentrations connues et en utilisant la loi de Kohlrausch. Il est important de noter que k est spécifique à la nature des ions présents dans la solution et à la température. Elle n’est donc pas une constante universelle.

Application pratique

Pour déterminer la concentration ionique totale à partir de la conductivité, il est crucial d’avoir préalablement identifié les ions présents dans la solution et de calculer la valeur de la constante k correspondante. Une fois cette valeur connue, l’équation de base peut être utilisée :

Concentration ionique (C) = Conductivité (σ) / k

Exemple : Si la conductivité d’une solution contenant des ions chlorure (Cl⁻) et sodium (Na⁺) est mesurée à 10 S/m, et que la constante k est déterminée à 2 S/m.mol/L, alors la concentration totale en ions est de 5 mol/L.

Limites et précision

Il est important de mentionner que cette méthode offre une estimation de la concentration ionique totale. Elle ne permet pas d’identifier les ions individuels présents ni leurs concentrations respectives. De plus, des facteurs tels que l’interaction entre les ions ou la présence d’impurities peuvent influencer la valeur de la conductivité et donc la précision du résultat. Enfin, la température doit être soigneusement contrôlée et prise en compte dans le calcul.

Conclusion

La conductivité est un outil simple et efficace pour estimer la concentration ionique totale d’une solution. La loi de Kohlrausch est essentielle pour calculer la constante de proportionnalité k nécessaire à cette détermination. Bien que l’approche soit basée sur une relation proportionnelle, il est essentiel de considérer les limites de cette méthode et d’optimiser les conditions expérimentales pour une analyse précise.