Solutions d'électrolyte et substances non-électrolytes

Les substances qui subissent une transformation chimique ou physique en solution pour produire des ions qui peuvent conduire l’électricité sont appelées électrolytes. Si une substance produit des ions en solution, c’est-à-dire si le composé subit une dissociation de 100 %, alors la substance est un électrolyte fort. La dissociation totale est indiquée par une seule flèche dans le sens direct. Par exemple, les composés ioniques solubles dans l’eau comme le chlorure de sodium se dissocient en cations sodium et en anions chlorure en solution aqueuse.

D’autres exemples d’électrolytes forts sont les hydroxydes des métaux du groupe 1 et du groupe 2, et les acides forts comme HCl et HNO₃.

Si seulement une petite fraction de la substance se dissocie en ions, c’est-à-dire si le composé subit une dissociation partielle en solution, on dit que c’est un électrolyte faible. La dissociation partielle est indiquée par une double flèche de réaction réversible. Par exemple, les acides faibles comme l’acide acétique s’ionisent partiellement dans l’eau pour donner des ions acétate et des ions hydronium.

D’autres exemples d’électrolytes faibles sont des sels peu solubles comme AgCl et PbCl₂, et des bases faibles comme l’ammoniac.     

L’attraction électrostatique entre un ion et une molécule avec un dipôle, appelée attraction ion-dipôle, joue un rôle important dans la dissolution des composés ioniques dans l’eau. Lorsque les composés ioniques se dissolvent dans l’eau, les ions du solide se séparent et se dispersent uniformément dans toute la solution car les molécules d’eau entourent et solvatent les ions, réduisant ainsi les forces électrostatiques intenses qu’il y a entre eux.

Les solutions de composés covalents conduisent l’électricité parce que les molécules de soluté réagissent chimiquement avec le solvant pour produire des ions. Par exemple, le chlorure d’hydrogène pur est un gaz composé de molécules d’HCl covalentes. Ce gaz ne contient pas d’ions. Cependant, une solution aqueuse de HCl est un très bon conducteur, ce qui indique qu’il existe une concentration considérable d’ions dans la solution.

Comme HCl est un acide, ses molécules réagissent avec l’eau, transférant les ions H+ pour former des ions hydronium (H₃O⁺) et des ions chlorure (Cl⁻) :

Cette réaction est essentiellement totale à 100% pour HCl (un électrolyte fort). De même, les acides et bases faibles qui ne réagissent que partiellement génèrent des concentrations relativement faibles d’ions lorsqu’ils sont dissous dans l’eau et sont classés comme des électrolytes faibles.    

Les substances qui ne produisent pas d’ions lorsqu’elles sont dissoutes dans l’eau sont appelées non-électrolytes. Ces substances se dissolvent en tant que molécules neutres en solution, chacune étant entourée de molécules d’eau. Par exemple, un composé moléculaire comme le saccharose se dissout dans l’eau sous forme de molécules intactes.

En résumé, les substances peuvent être identifiées comme des électrolytes forts ou faibles, ou comme des non électrolytes, en mesurant la conductance électrique d’une solution aqueuse contenant la substance. Pour conduire de l’électricité, une substance doit contenir des espèces chargées pouvant se déplacer librement. La conduction de l’électricité à travers des fils métalliques est la plus connue, auquel cas les entités mobiles chargées sont des électrons. Les solutions peuvent également conduire l’électricité si elles contiennent des ions dissous, la conductivité augmentant à mesure que la concentration en ions augmente. L’application d’une tension aux électrodes immergées dans une solution permet d’évaluer la concentration relative des ions dissous, soit quantitativement, en mesurant le flux de courant électrique, soit qualitativement, en observant la luminosité d’une ampoule comprise dans le circuit.  

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 11.2 : Électrolytes.