⚗️ Loi de Kohlrausch et dosage par étalonnage
Une solution salée conduit le courant parce que ses ions se déplacent… mais pas tous à la même vitesse ! L'ion H₃O⁺ file sept fois plus vite que l'ion Na⁺. Mesure la conductivité de quelques solutions étalons, trace ta droite, et démasque la concentration du sérum physiologique sans goûter.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Le conductimètre impose une tension alternative entre les deux plaques : les cations et les anions oscillent en sens inverses. Plus la conductivité molaire ionique λ d'un ion est grande, plus il se déplace loin à chaque alternance : regarde H₃O⁺ ou HO⁻.
- La barre colorée montre la loi de Kohlrausch : chaque ion apporte sa part λi·[Xi] à la conductivité, et σ est la somme de toutes les parts.
- Pour un soluté donné, toutes les concentrations d'ions sont proportionnelles à C : les points d'étalonnage s'alignent sur une droite passant par l'origine, σ = k × C.
- Aux fortes concentrations, les ions se gênent : les points tombent sous la loi idéale (en tirets). La droite d'étalonnage n'est fiable qu'en solution diluée, c'est pourquoi on dilue le sérum avant de le doser.
- Pour doser la solution X, on mesure σX puis on lit CX à l'intersection de la droite horizontale σ = σX avec la droite d'étalonnage.
Expériences à faire
- Double la concentration de l'étalon : la conductivité double-t-elle exactement ? Et à 50 mmol/L ?
- À concentration égale, classe NaCl, KCl, HCl et NaOH par conductivité croissante. Retrouve ce classement avec les valeurs de λ.
- Pourquoi une solution de chlorure de calcium CaCl₂ conduit-elle mieux qu'une solution de NaCl de même concentration ?
- Dose le sérum physiologique dilué 20 fois, puis calcule la concentration en masse du sérum : retrouves-tu les 9 g/L de l'étiquette ?
- Avec ✏️ Mon soluté, invente un ion très rapide : comment évolue la pente k de la droite d'étalonnage ?
La chimie derrière l'animation
- La conductivité σ d'une solution (en S·m−1) traduit sa capacité à conduire le courant, grâce aux ions qu'elle contient. On la mesure avec une cellule de conductimétrie reliée à un conductimètre.
- Loi de Kohlrausch (solutions diluées) : σ = Σ λi · [Xi], avec λi la conductivité molaire ionique de l'ion Xi (S·m²·mol−1) et [Xi] sa concentration en mol·m−3 (1 mmol/L = 1 mol/m³).
- Exemple : pour NaCl à la concentration C, σ = λ(Na+)·C + λ(Cl−)·C = (λ(Na+) + λ(Cl−)) × C : σ est proportionnelle à C, σ = k × C.
- Dosage par étalonnage : on mesure σ pour des solutions étalons de concentrations connues, on trace la droite d'étalonnage σ = f(C), puis on y reporte σX pour lire CX = σX / k. La solution X doit contenir le même soluté et rester dans le domaine des étalons.
- Ordres de grandeur à 25 °C (mS·m²·mol−1) : H3O+ 35,0 ; HO− 19,9 ; Ca2+ 11,9 ; Cl− 7,63 ; K+ 7,35 ; Na+ 5,01.
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