En ionisk løsning, også kalt elektrolytt , leder strøm. Tilstedeværelsen av elektrisk ladede ioner sikrer løsningens ledende natur . Den konduktimetriske målingen er en elektroanalysemetode som gjør det mulig å måle de ledende egenskapene til en slik løsning.
I praksis bestemmes den elektriske ledningsevnen G for et volum av en løsning ved hjelp av en målecelle bestående av to parallelle plater med en nedsenket overflate S og atskilt med en avstand l .
Konduktans er et mål på hvor lett en løsning kan passere strøm.
Verdien av ledningsevnen G for en ionisk løsning avhenger av løsningen, samt av målecellens geometri, men også av typen anioner og kationer som finnes i løsningen. Det kan bestemmes av forholdet:
med i siemens (S), i kvadratmeter ( m 2 ), i meter ( m ) og σ i siemens per meter ( S / m ).
Denne konduktansen er:
Videre er konduktans det motsatte av motstand: med i siemens ( S ) og i ohm ( Ω ).
Vi kan derfor bruke en enkel celle, en spenningsgenerator og et ammeter koblet i serie, utlede konduktansen ved hjelp av Ohms lov : med i volt ( V ), i ohm ( Ω ), i ampere ( A ) og i siemens ( S ). Vi kan også skrive: .
Ledningsevnen til løsningen kalles σ (sigma) . Denne mengden er karakteristisk for løsningen. Hun er avhengig:
En ledningsevnemåler, tidligere kalibrert, viser direkte verdien av ledningsevnen σ til løsningen.
Vi har faktisk følgende likheter:
med k = S / l altså
, med:
Imidlertid definerer noen forfattere cellekonstanten på følgende måte k = l / S (i m -1 ), og deretter blir forholdet: σ = Gk
Det er derfor viktig å sjekke enheten k (m eller m -1 ) for å bruke riktig formel.
Verdien av ledningsevnen σ kan beregnes fra de molære ioniske ledningsevnene λ i av ionene som utgjør denne løsningen (se tabellen nedenfor gitt som en indikasjon), så vel som fra deres konsentrasjon [X i ]:
Dette utgjør Kohlrauschs lov , der σ er i S m −1 , λ i i S m 2 mol −1 og [X i ] i mol m −3 .
Joniske molære ledningsevner evalueres ved hjelp av målinger av ioniske transporttall .
ion | λ 0 i mS.m².mol −1 |
---|---|
H 3 O + | 34,98 |
HO - | 19.86 |
Br - | 7,81 |
Rb + | 7,78 |
Cs + | 7,73 |
Jeg - | 7,68 |
Cl - | 7,63 |
K + | 7.35 |
NH 4 + | 7.34 |
NO 3 - | 7.142 |
Ag + | 6.19 |
MnO 4 - | 6.10 |
F - | 5.54 |
Na + | 5,01 |
CH 3 COO - | 4.09 |
Li + | 3,87 |
C 6 H 5 COO - | 3.23 |
Det skal bemerkes at den H 3 O + og HO - ioner har, i vandig oppløsning, en større molar ionisk ledningsevne enn den for de andre ioner. Disse to ionene er derivater av vann, deres mobilitet i vann er virkelig veldig viktig: de gir ikke lenger ledningsevne ved forskyvning av materie, men ved forskyvning av ladninger.
Imidlertid, når det gjelder rent vann, er konsentrasjonen veldig lav (10 −7 mol L −1 ), og deres bidrag er derfor ubetydelig: en løsning av rent vann leder veldig lite strøm.
Eksempel: ledningsevnen til en natriumkloridoppløsning med konsentrasjon c = [Cl - ] = [Na + ] = 2,00 mol m −3 er lik:
σ = λ Cl - . [Cl - ] + λ Na + . [Na + ] σ = 7,63 × 10 −3 × 2,00 + 5,01 × 10 −3 × 2,00 σ = 2,53 × 10 −2 S m −1 .Hvis ionene har flere ladninger, gir visse verditabeller de spesifikke molære ledningsevnene, det vil si redusert til ladningsenheten. Den loven Kohlrausch tar da formen:
ion | λ i mS m 2 mol −1 |
---|---|
SO 4 2− | 16.0 |
C 2 O 4 2− | 14.822 |
Ba 2+ | 12.8 |
Ca 2+ | 11.9 |
Cu 2+ | 10.7 |
Al 3+ | 18.9 |
ion | λ i mS m 2 éq −1 |
---|---|
1 / 2SO 4 2− | 8.0 |
1 / 2C 2 O 4 2− | 7.411 |
1 / 2Ba 2+ | 6.4 |
1 / 2Ca 2+ | 5,95 |
1/2 Cu 2+ | 5.35 |
1/3Al 3+ | 6.3 |
Konduktimetrimålingene gjør det mulig å bestemme konsentrasjonen av ionene i denne løsningen. De er mye brukt i kjemi for: