Conductivité

Introduction

On interdit le sèche-cheveux au bord de la baignoire, et l'on apprend en même temps aux élèves que l'eau pure est un isolant. Les deux affirmations sont vraies, et leur coexistence est exactement le sujet de cette leçon : ce n'est pas l'eau qui conduit, ce sont les ions qu'elle transporte. Entre l'eau ultrapure d'un laboratoire d'électronique et l'eau de mer, la conductivité varie de six ordres de grandeur, sans que la nature du solvant change.

La conductivité \(\sigma\) est en outre l'une des grandeurs les plus faciles à mesurer de toute la chimie des solutions : une sonde, deux électrodes, une lecture instantanée, aucun réactif consommé. C'est ce qui en fait un capteur omniprésent — contrôle des eaux de distribution, aquariophilie, dialyse, suivi d'un titrage, détection en chromatographie ionique. La contrepartie est qu'elle est globale et aveugle : elle ne dit pas quels ions sont présents, seulement combien de charge est disponible et à quelle vitesse elle se déplace. Toute la leçon consiste à construire le modèle qui permet d'en extraire une information chimique, puis à en délimiter honnêtement le domaine de validité.

Le suivi conductimétrique d'un titrage, traité en détail dans la leçon Dosages et titrages (sujet 6), n'est ici qu'une application parmi d'autres : notre objet est la grandeur elle-même, de son test qualitatif au collège jusqu'à la loi de Kohlrausch et à sa limite de dilution infinie.

I. Une solution conduit parce qu'elle contient des ions mobiles Première / Terminale spé

Le point de départ est un fait expérimental que l'on peut montrer en trente secondes : un testeur de conductivité (générateur basse tension, lampe, deux électrodes de graphite plongées dans un becher) ne s'allume pas dans l'eau distillée, ni dans une solution de saccharose, mais s'allume franchement dès qu'on ajoute une pointe de spatule de chlorure de sodium. Le saccharose se dissout pourtant tout autant : ce n'est donc pas la dissolution qui rend conducteur, c'est la dissociation en ions.