Quelle est la relation de proportionnalité entre la conductivité et la concentration des ions présents en solution ?

La Conductivité Électrolytique : Une Danse avec les Ions

La capacité d’une solution aqueuse à conduire le courant électrique, nommée conductivité électrolytique, est intimement liée à la concentration des ions qu’elle contient. Plus précisément, il existe une relation de proportionnalité directe entre ces deux paramètres, mais cette relation n’est pas aussi simple qu’une simple loi linéaire universelle. Plutôt qu’une relation universelle, il s’agit d’une relation spécifique à chaque électrolyte et dépendante de plusieurs facteurs.

L’affirmation selon laquelle la conductance (G), mesure de la facilité avec laquelle une solution conduit le courant, est directement proportionnelle à la concentration molaire (C) des ions dissous, G = k × C, est une simplification utile pour des solutions diluées d’électrolytes forts. Dans ce cas, k représente une constante de proportionnalité apparente qui dépend de plusieurs facteurs et ne peut être considérée comme une constante physique universelle.

Les Nuances de la Proportionnalité:

La simplicité apparente de la relation G = k × C masque une réalité plus complexe. La constante k, souvent appelée conductance molaire équivalente à dilution infinie (Λ₀), n’est pas une constante véritablement indépendante de la concentration. Plusieurs facteurs influencent sa valeur :

• La nature de l’électrolyte: Différents ions possèdent des mobilités ioniques distinctes. Un ion volumineux et fortement hydraté migrera moins rapidement sous l’influence d’un champ électrique qu’un ion plus petit et moins hydraté. Par conséquent, la contribution de chaque ion à la conductivité globale diffère. Le chlorure de sodium (NaCl) aura une constante k différente de celle du sulfate de cuivre (CuSO₄) à la même concentration.

• La force ionique: À des concentrations plus élevées, les interactions électrostatiques entre les ions deviennent significatives. Ces interactions, incluant les effets d’écran et la formation de paires d’ions, perturbent la mobilité individuelle des ions et réduisent la conductivité par rapport à ce que prédirait une relation strictement linéaire. La loi de Kohlrausch, une amélioration du modèle linéaire simple, tient compte de ces effets en introduisant des termes correctifs en fonction de la racine carrée de la concentration.

• La température: La mobilité ionique, et donc la conductivité, augmentent avec la température. La viscosité du solvant diminue avec la température, ce qui facilite le mouvement des ions.

• Le solvant: La conductivité dépend aussi des propriétés du solvant, notamment sa viscosité et sa constante diélectrique. Un solvant plus polaire favorisera la dissociation des électrolytes et augmentera la conductivité.

Conclusion:

En conclusion, bien que la conductance d’une solution aqueuse soit liée à la concentration ionique par une relation approximativement proportionnelle à des concentrations diluées d’électrolytes forts, cette relation est loin d’être universelle. La “constante” de proportionnalité dépend fortement de la nature de l’électrolyte, de la concentration, de la température et du solvant. Une compréhension précise de la conductivité électrolytique nécessite une approche plus nuancée que la simple application de la relation G = k × C, et doit intégrer les considérations mentionnées ci-dessus. Des modèles plus sophistiqués, tels que la loi de Kohlrausch, sont nécessaires pour une description quantitative précise de la conductivité des solutions électrolytiques.

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