Définition de la conductance et de la conductivité

Les solutions aqueuses ioniques sont des solutions contenant des cations et des anions. Elles sont obtenues par dissolution de cristaux ioniques dans l'eau. La présence de ces ions confère à ces solutions une propriété caractéristique : elles sont conductrices de l'électricité. On parle alors de solution électrolytique.

En chimie, on peut utiliser cette propriété intéressante à des fins analytiques en s'appuyant sur les notions de conductance et de conductivité.

Conductance et conductivité

Si l'on plonge deux électrodes (plaques) branchées à un générateur de tension dans une solution ionique, le champ électrique créé entre ces plaques fait déplacer les charges électriques : les cations se déplacent de la plaque positive vers la plaque négative (sens conventionnel du courant électrique), et les anions dans le sens inverse.

Comme pour tout circuit électrique, il est possible de mesurer la résistance du volume de solution présent entre ces plaques. En chimie, on préfère savoir si la solution conduit bien le courant. On définit alors une grandeur, appelée conductance et notée `G`, comme l'inverse de la résistance de ce volume d'eau : `G=frac{1}{R}` avec :

• `G` la conductance, grandeur mesurée en siemens (`"S"`) ;
• `R` la résistance, grandeur mesurée en ohms (`Omega`).

La conductance ainsi mesurée caractérise comment le volume d'eau \(V\) compris entre les électrodes conduit le courant. Si les électrodes ont une surface immergée `S` et sont distantes l'une de l'autre d'une distance \(\ell\), alors ce volume est \(V=S\times\ell\).

Comme la conductance dépend de ces paramètres, il est nécessaire d'introduire une autre grandeur qui sera caractéristique de toute la solution. On définit alors la conductivité notée σ (sigma), une grandeur proportionnelle à la conductance : `G=\sigma\times\frac{S}{ℓ}` avec :

• `\sigma` la conductivité, grandeur mesurée en \(\text{S}\cdot\text{m}^{-1}\) ;
• `G` la conductance, grandeur mesurée en `"S"` ;
• `S` la surface immergée des électrodes en `"m"^2` ;
  
• \(\ell\) la distance séparant les électrodes en `"m"`.
  

La conductivité de la solution dépend ainsi :

• de la nature des ions de la solution ionique ;
• de la concentration en ions ;
• du solvant ;
  
• de la température de la solution.

On peut écrire, pour simplifier, la relation sous la forme suivante : \(G=k\times\sigma\) avec \(k\), une constante appelée constante de cellule qui dépend des caractéristiques des électrodes (surface totale immergée et distance les séparant). Les valeurs de \(k\) s'expriment en \(\text{m}\).

En conclusion, plus les valeurs de conductance ou de conductivité sont grandes, plus la solution conduit le courant électrique.