Quelles sont les solutions qui conduisent le courant ?

Au cœur de la conduction électrique : les solutions qui transportent le courant

La circulation du courant électrique n’est pas limitée aux métaux. Bien au contraire, un vaste monde de solutions électrolytiques – liquides contenant des ions – permet également le passage du courant électrique. Mais comment ces solutions, aussi diverses soient-elles, parviennent-elles à conduire l’électricité ? La réponse réside dans la nature même de ces solutions et dans le comportement de leurs constituants.

Contrairement aux métaux où le courant est porté par un flot d’électrons libres, la conduction dans les solutions électrolytiques repose sur la migration d’ions. Ces ions, chargés électriquement, sont des atomes ou des molécules ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. On distingue les cations, chargés positivement (ayant perdu des électrons), et les anions, chargés négativement (ayant gagné des électrons).

Considérons une solution aqueuse d’acide chlorhydrique (HCl), un exemple classique. Dans l’eau, l’acide chlorhydrique se dissocie complètement, libérant des ions hydrogène (H⁺, cations) et des ions chlorure (Cl⁻, anions). Ces ions, initialement dispersés aléatoirement dans la solution, se retrouvent soumis à une force lorsqu’un champ électrique est appliqué.

L’application d’une différence de potentiel (une tension) crée un champ électrique au sein de la solution. Les cations, attirés par la cathode (borne négative), migrent vers elle. Simultanément, les anions, repoussés par la cathode et attirés par l’anode (borne positive), migrent vers l’anode. Ce mouvement ordonné des ions, sous l’influence du champ électrique, constitue le courant électrique. La quantité de courant transportée dépend de la concentration des ions, de leur mobilité (leur vitesse de déplacement dans le champ électrique) et de la force du champ électrique lui-même.

Ce phénomène n’est pas limité aux acides. Les bases et les sels, lorsqu’ils sont dissous dans un solvant approprié (souvent l’eau), produisent également des ions et donc conduisent le courant. Par exemple, une solution de chlorure de sodium (NaCl, sel de cuisine) dissociée en ions sodium (Na⁺) et ions chlorure (Cl⁻) conduit l’électricité de la même manière.

La conductivité d’une solution électrolytique est quantifiable et dépend de plusieurs facteurs : la nature du solvant, la concentration des ions, la température (qui influence la mobilité des ions) et la nature des ions eux-mêmes (leur taille, leur charge). L’étude de ces paramètres est fondamentale en électrochimie, une discipline qui explore les interactions entre l’électricité et les réactions chimiques dans les solutions électrolytiques. Des applications nombreuses et variées découlent de cette compréhension, depuis les batteries et les piles jusqu’à l’électrolyse et les traitements de surface.