À propos de cette page
Ce cours de chimie en quatrième sur « Conductivité électrique des solutions » suit le programme officiel de chimie de quatrième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Rappels : les ions et leur notation, Dissolution d'un composé ionique dans l'eau, Conductivité électrique : principe et expériences, Électrolytes et non-électrolytes. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de quatrième à réussir en chimie.
Au programme
1 · Rappels : les ions et leur notation
2 · Dissolution d'un composé ionique dans l'eau
3 · Conductivité électrique : principe et expériences
4 · Électrolytes et non-électrolytes
5 · Les ions porteurs de courant en solution
6 · Concentration des ions et conductivité
7 · Applications : eau du robinet, eau de mer, solutions du quotidien
1Rappels : les ions et leur notation
Un ion est un atome ou un groupe d'atomes ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons :
- Un cation est un ion chargé positivement (il a perdu des électrons). Exemples : Na+, Ca2+, H+.
- Un anion est un ion chargé négativement (il a gagné des électrons). Exemples : Cl−, SO42−, OH−.
Notation d'un ion. On écrit le symbole de l'élément suivi de la charge en exposant : Na+ (sodium), Cl− (chlorure), Mg2+ (magnésium), O2− (oxyde).
Les ions polyatomiques (groupes d'atomes) sont fréquents en chimie : nitrate NO3−, sulfate SO42−, carbonate CO32−, hydroxyde OH−, ammonium NH4+.
2Dissolution d'un composé ionique dans l'eau
Le chlorure de sodium (sel de table, NaCl) est un solide ionique : il est constitué d'ions Na+ et Cl− organisés en réseau cristallin.
Lorsqu'on le dissout dans l'eau, les molécules d'eau arrachent les ions du réseau : c'est la dissolution ionique.
Exemple. Dissolution du chlorure de sodium :
NaCl (solide) → Na+ (aq) + Cl− (aq)
Pour chaque unité formulaire de NaCl dissoute, on obtient 1 ion Na+ et 1 ion Cl− libres en solution.
D'autres sels se dissolvent de même :
- CaCl2 → Ca2+ + 2 Cl−
- Na2SO4 → 2 Na+ + SO42−
- MgCl2 → Mg2+ + 2 Cl−
Astuce. Pour trouver les ions produits, identifie les cations et anions du solide, puis vérifie que la somme des charges est nulle dans la formule brute.
3Conductivité électrique : principe et expériences
Un circuit électrique contient une source (pile), un conducteur, et un récepteur (lampe ou buzzer). Si on remplace le conducteur par un liquide, on peut tester si ce liquide conduit l'électricité.
Expérience : On plonge deux électrodes métalliques dans différents liquides et on observe si la lampe s'allume.
| Liquide testé | Lampe | Conclusion |
|---|
| Eau distillée pure | Ne s'allume pas | Non conductrice |
| Eau salée (NaCl dissous) | S'allume | Conductrice |
| Solution de sucre | Ne s'allume pas | Non conductrice |
| Solution d'acide chlorhydrique | S'allume | Conductrice |
| Eau du robinet | S'allume faiblement | Légèrement conductrice |
Attention ! Ce n'est pas l'eau elle-même qui conduit le courant, mais les ions qu'elle contient. L'eau pure ne conduit pas.
4Électrolytes et non-électrolytes
Définition. Un électrolyte est une substance qui, dissoute dans l'eau, donne une solution conductrice de l'électricité. Un non-électrolyte est une substance dont la solution ne conduit pas le courant.
Exemples d'électrolytes :
- Chlorure de sodium NaCl (sel de table) — donne Na+ et Cl−
- Chlorure de calcium CaCl2 — donne Ca2+ et 2 Cl−
- Acide chlorhydrique HCl — donne H+ et Cl−
- Sulfate de cuivre CuSO4 — donne Cu2+ et SO42−
Exemples de non-électrolytes :
- Saccharose (sucre) C12H22O11 — se dissout sans libérer d'ions
- Éthanol C2H5OH — molécules neutres, pas d'ions
- Glucose C6H12O6 — molécules neutres
Astuce. En règle générale, les composés ioniques (sels, acides, bases) sont des électrolytes ; les composés moléculaires organiques (sucres, alcools) sont des non-électrolytes.
5Les ions porteurs de courant en solution
Dans un conducteur métallique (fil de cuivre), ce sont les électrons libres qui transportent le courant. Dans une solution ionique, ce sont les ions qui assurent le transport des charges.
Sous l'effet d'une tension électrique appliquée entre deux électrodes :
- Les cations (charges positives) migrent vers l'électrode négative (cathode).
- Les anions (charges négatives) migrent vers l'électrode positive (anode).
Mécanisme. Le courant électrique est dû au déplacement simultané de cations et d'anions en sens opposés. La solution n'est conductrice que parce qu'elle contient des ions libres et mobiles.
Exemple. Dans une solution de CuSO4 :
— Les ions Cu2+ (bleus) migrent vers la cathode (−).
— Les ions SO42− migrent vers l'anode (+).
On peut observer un dépôt de cuivre sur la cathode : c'est l'électrolyse.
6Concentration des ions et conductivité
Plus la solution contient d'ions, plus elle conduit bien le courant : la conductivité augmente avec la concentration en ions.
La conductance G d'une solution (en siemens, symbole S) mesure son aptitude à conduire le courant. Elle dépend :
- de la concentration en ions (plus il y a d'ions, plus G est grande) ;
- de la nature des ions (certains ions conduisent mieux que d'autres) ;
- de la température (la conductivité augmente avec la température).
Exemple. Une solution de NaCl à 5 g/L conduit mieux le courant qu'une solution de NaCl à 1 g/L, car elle contient plus d'ions Na+ et Cl−.
Attention ! À ne pas confondre la conductance (propriété de la solution entière, dépend des dimensions) et la conductivité (propriété intrinsèque du liquide, indépendante des dimensions). Au collège, on parle généralement de conductance.
7Applications : eau du robinet, eau de mer, solutions du quotidien
Ces notions s'appliquent à de nombreuses situations de la vie quotidienne :
| Solution | Ions présents | Conductivité |
|---|
| Eau distillée | Pratiquement aucun | Très faible (≈ 0) |
| Eau du robinet | Ca2+, Mg2+, HCO3−, Cl−, ... | Faible à modérée |
| Eau de mer | Na+, Cl−, Mg2+, SO42−, ... | Élevée |
| Sérum physiologique (NaCl 9 g/L) | Na+, Cl− | Modérée |
| Solution de sucre | Aucun | Nulle |
L'eau du robinet contient des minéraux dissous (calcaire, sels) sous forme ionique, ce qui lui confère une légère conductivité. L'eau de mer est très conductrice à cause de sa forte teneur en NaCl.
Astuce. Les dangers électriques liés à l'eau (ne pas utiliser d'appareils électriques dans une baignoire, etc.) viennent justement du fait que l'eau du robinet, riche en ions, conduit le courant.
★À retenir
À retenir :
• Un ion est un atome ou groupe d'atomes chargé électriquement (cation + ou anion −).
• La dissolution d'un solide ionique libère des ions libres en solution.
• Une solution contenant des ions est conductrice de l'électricité.
• Un électrolyte est une substance dont la solution aqueuse conduit le courant (sel, acide, base).
• Ce sont les ions (cations et anions) qui transportent le courant dans la solution.
• La conductivité d'une solution augmente avec la concentration en ions.
• L'eau pure ne conduit pas le courant ; l'eau du robinet conduit légèrement grâce aux ions minéraux.