Chapitre III Conduction e lectrique des solutions aqueuses

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Adeline Plamondon
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1 Chapitre III Conduction e lectrique des solutions aqueuses I. Introduction Une solution aqueuse est composée d eau pure (solvant) et d un ou plusieurs composés chimiques dissous (soluté). Le courant électrique est dû à un déplacement de porteurs de charges. Nous allons voir qu il existe d autres porteurs de charges que les électrons, mettre en évidence leur rôle dans les solutions aqueuses et comprendre le mécanisme de leur formation. II. Le courant électrique dans les solutions 1. Expérience Pour savoir si une solution est conductrice, on réalise un test de conductivité qui repose sur le même principe que le test réalisé sur les matériaux solides. La solution aqueuse est insérée dans un circuit en série comportant un générateur et une lampe qui brille lorsque le courant électrique circule et donc lorsque la solution aqueuse est conductrice. Ce test comporte cependant des différences : Il est nécessaire d utiliser une cuve contenant la solution à tester. Cette solution est reliée au reste du circuit en utilisant des tiges métalliques qui y plongent (ces tiges sont appelées électrodes). L allumage de la lampe du circuit n est parfois pas suffisante pour détecter la circulation d un courant électrique (une lampe ne brille pas si l intensité du courant est bien plus faible que son intensité nominale). Pour détecter des intensités on insère également dans le circuit un ampèremètre.

2 2. Résultats Solution Eau distillée Eau du robinet Eau sucrée Eau salée Solution de sulfate de Cu Lampe NON NON NON OUI OUI allumée Intensité du 1 ma 5 ma 1 ma 60 ma 70 ma courant (ma) 3. Conclusion Aucune solution n est totalement isolante mais on peut cependant distinguer deux groupes de solutions parmi celles testées : L eau distillée, l eau du robinet et l eau sucrée pour lesquelles l intensité du courant électrique reste très faible (en général on considère que l eau distillée est isolante). L eau salée et la solution de sulfate de cuivre pour lesquelles l intensité du courant est nettement supérieure et qui sont de bonnes conductrices du courant électrique. Un courant électrique étant, par définition, constitué d un déplacement de porteur de charges on peut en déduire que l eau distillée, l eau du robinet et l eau sucrée en contiennent très peu. En effet : L eau pure ne contient presque que des molécules d eau qui sont électriquement neutres. L eau du robinet contient des molécules d eau et des minéraux. L eau sucrée contient des molécules d eau, des molécules de sucre (saccharose) et des minéraux. On peut en déduire que l eau salée et la solution de sulfate de cuivre sont conductrices car elles contiennent des porteurs de charge. Ce sont ces particules qu on appelle des ions. Remarques : L eau sucrée et l eau du robinet ne sont pas totalement isolantes à cause de leurs ions provenant des sels minéraux dissous dans l eau. L eau distillée n est pas non plus totalement isolante car elle n est pas parfaitement pure : elle peut contenir, entre autres, des ions provenant des gaz de l air qui s y sont dissous.

3 III. Les solutions ioniques 1. Les ions Un ion est un atome (ou un groupe d atomes) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Il existe deux sortes d ions différents : Les cations sont des ions qui possèdent une ou plusieurs charges électriques positives. Les anions sont des ions qui possèdent une ou plusieurs charges électriques négatives. Pour une description plus complète, voir feuille annexe : Les ions. 2. Neutralité électrique On dit qu une substance est électriquement neutre si et seulement si elle comporte autant de charges positives que de charges négatives. 3. Conductivité des solutions ioniques Théorème : UNE SOLUTION IONIQUE EST ELECTRIQUEMENT NEUTRE! Les solutions moléculaires (dont le soluté est composé de molécules) sont neutres car les molécules qu elle contient sont elles-mêmes neutres. Les solutions ioniques (dont le soluté est composé d ions) sont neutres car les charges positives portées par les cations sont compensées par les charges négatives portées par les anions. Remarque La neutralité d une solution ionique, implique que des cations soient toujours accompagnés d anions et inversement. 4. Sens de déplacement des ions On réalise l expérience suivante:

4 Les ions cuivre Cu 2+, de couleur bleue, se sont déplacés vers la borne du générateur. Les ions permanganate MnO4, de couleur violette, se sont déplacés vers la borne + du générateur. Conclusion : Dans les solutions aqueuses, le courant électrique est dû à un déplacement d ions. Les ions positifs (cations) se déplacent dans le sens du courant (vers la borne -) Les ions négatifs (anions) dans le sens opposé (vers la borne +). 5. Récapitulatif

5 Annexe Les Ions I. Définition Un ion est un atome ou groupe d atomes qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. L atome ou groupe d atomes qui perd un ou des électrons devient un ion positif appelé cation. L atome ou groupe d atomes qui gagne un ou des électrons devient un ion négatif appelé anion. II. Les ions monoatomiques Ils sont formés d un unique atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. 1. Les ions sodium L ion sodium correspond à un atome de sodium ayant perdu 1 électron. L atome de sodium (Z=11) est constitué de 11 protons et de 11 électrons (charge totale nulle). L ion sodium est composé de 11 protons (+11e) et de 10 électrons(-10e) charge totale de l ion = +11e 10e = +1e. On notera l ion sodium : Na + 2. Les ions chlorure L ion chlorure est un atome de chlore qui a gagné 1 électron. L atome de chlore (Z=17) est constitué de 17 protons et de 17 électrons (charge totale est nulle). L ion chlorure est composé de 17 protons (+17e) et de 18 électrons (-18e). charge totale de l ion = +17e 18e = -1e. On notera l ion chlorure : Cl 3. Les ions calcium L atome de calcium (Z=20) est constitué de 20 protons et de 20 électrons. L ion calcium est un atome de calcium qui a perdu 2 électrons: On le note Ca 2+.

6 III. Les ions polyatomiques Ils sont formés par un groupement de plusieurs atomes. La charge positive ou négative s applique à l ensemble des atomes du groupe. 1. Exemple d ion polyatomique : ion sulfate L ion sulfate est composé de : 1 atome de soufre et 4 atomes d oxygène. L ensemble porte la charge électrique 2-.

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