3 Conduction électrique des solutions aqueuses

Conduction électrique des solutions aqueuses

1 Le courant électrique dans les solutions.

1.1  Les solutions ioniques sont conductrices.

•  L’eau pure, l’eau sucrée ou l’huile contiennent des  molécules  : ce ne sont pas des solutions conductrices.

•  Les solutions qui contiennent des  ions (solutions ioniques ) sont des solutions conductrices.

Ex : eau salée, solution de sulfate de cuivre,vinaigre, soude,…

Conclusion :Les solutions aqueuses doivent contenir des ions (particules chargées) pour être conductrices.Les solutions qui ne contiennent que des molécules ne sont pas conductrices.

 

1.2 Nature du courant dans une solution ionique.

On réalise l’expérience suivante:

 

Les ions cuivre Cu2+, de couleur bleue, se sont déplacés dans le sens du courant, vers la borne – du générateur.
Les ions permanganate MnO4-, de couleur violette, se sont déplacés dans le sens opposé à celui du courant, vers la borne +.

Conclusion :

Dans les solutions aqueuses, le courant électrique est dû à un déplacement d’ions.

Les ions positifs se déplacent dans le sens du courant (vers la borne -) et les ions négatifs dans le sens contraire (vers la borne +).

 

1.3 Schéma récapitulatif.

 

 

2 Les ions

2.1 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.

2.2 Les ions monoatomiques

a. Exemple des 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 est 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+

 

b. Exemple des 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-

 

c. Exemple des 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 Ca2+.

 

2.3 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.

Exemple d’ion polyatomique :    ion sulfate             SO4 2-

 

L’ion sulfate est composé de :

1 atome de soufre et 4 atomes d’oxygène. L’ensemble porte la charge électrique 2-.

 

 

3  Les composés ioniques

La matière est électriquement neutre.

Un ion positif est toujours proche d’un ion négatif et inversement.

Un ion positif portant la charge (1 + ) sera proche d’un ion négatif portant la charge (1 – ).

Un ion positif portant la charge (2 + ) sera proche d’un ion négatif portant la charge (2 – ) ou proche de 2 ions portant la charge (1 -)          car :               2 ( – )  équilibrent  ( 2 + )‏

 

3.1  Cas de l’oxyde de magnésium

La matière est électriquement neutre , soit autant de charges + que de charges -.

 

La formule ionique est : ( Mg 2+ , O 2- )‏

Dans la formule globale, on n’écrit plus les charges puisqu’elles sont équilibrées.

3.2 Cas du chlorure de magnésium

 

 

Le coefficient 2 passe en indice de Cl.

  3.3 le chlorure d’aluminium

 

L’ion aluminium Al 3+ s’entoure de 3 ions chlorures Cl -

Le composé ionique a pour :

formule ionique  ( Al 3+, 3 Cl -)‏

formule globale        Al Cl3

 

3.4 L’oxyde d’aluminium

L’oxyde d’aluminium contient les ions Al3+ et les ions O2-

Est-ce que  3 +  équilibrent   2 -  ?

Combien de [3 +] et de [2 - ] pour arriver à cette neutralité électrique ?

Considérons le multiple commun à 2 et à 3 , soit  2 x 3 = 3 x 2 = 6

Formule ionique : ( 2 Al 3+, 3 O 2- )

Formule globale :   Al2O3

 

3.5 Le sulfate d’Aluminium

Le sulfate d’aluminium contient l’ion sulfate SO4 2-  et l’ion aluminium Al 3+

Considérons  3 x (2-) et 2 x (3+) pour un bilan électrique NUL.

Soit  3 [ SO4 2- ]  et 2 [ Al3+].

Nous ne faisons plus apparaître les charges dans la formule globale.

Nous obtenons :                                    Al2 (SO4)3

 

4  Les solides ioniques et la conduction électrique

4.1 Les solides ioniques

De nombreux cristaux sont constitués d’ions ( sel, sulfate de cuivre…).

Ces cristaux étant électriquement neutres, ils sont nécessairement constitués de cations et d’anions :

le sel est un cristal de chlorure de sodium (ions chlorure Cl- et sodium Na+).

 

4.2  Conduction électrique des solides ioniques.

On réalise l’expérience suivante :

 

Observation :

Les cristaux de chlorure de sodium ne conduisent pas le courant électrique.

Interprétation:

Dans le chlorure de sodium solide, les ions Na+ et Cl-  ne peuvent pas se déplacer car ils sont rigidement liés.

 

Conclusion:

Dans un cristal ionique, les ions ne peuvent pas se déplacer.

Un cristal ionique n’est donc pas un conducteur électrique.

 

4.3 Dissolution d’un cristal ionique dans l’eau

Lorsque les cristaux ioniques sont au contact de l’eau, ils peuvent se dissoudre : les ions deviennent alors indépendants, libres de se déplacer et un courant électrique peut circuler.