La coulométrie est une forme d’analyse quantitative utilisée pour déterminer la concentration d’une substance en solution – généralement appelée analyte – en mesurant la quantité d’électricité nécessaire pour modifier l’état d’oxydation de la substance. L’état d’oxydation de l’analyte peut être réduit en ajoutant des électrons ou augmenté en supprimant des électrons. Le transfert d’électrons vers ou depuis une substance peut avoir lieu chimiquement dans des réactions de réduction-oxydation, mais peut également être réalisé par l’électricité, qui est un flux d’électrons, en utilisant l’électrolyse. En mesurant la quantité de charge électrique transférée pendant l’oxydation ou la réduction complète de l’analyte par électrolyse, il est possible de calculer la quantité qui était présente. Ceci est conforme à la première loi de Faraday sur l’électrolyse, qui stipule que la quantité d’une substance transformée au cours de l’électrolyse est directement proportionnelle à la quantité d’électricité transférée.
En chimie, l’unité de mesure de la quantité d’une substance est normalement la mole, qui est définie comme le nombre d’atomes dans 0.42 onces (12 grammes) de carbone 12. Les électrons peuvent également être mesurés en moles. Il est donc possible de calculer combien de moles d’électrons seraient nécessaires pour convertir, par exemple, une quantité donnée de cuivre en solution de son état d’oxydation +2 en cuivre métal neutre. Deux moles d’électrons sont nécessaires pour chaque mole de cuivre : Cu2+ + 2e- -> Cu. Ainsi, dans une solution contenant une quantité inconnue d’ions Cu2+, la quantité présente, mesurée en moles, peut être déterminée en mesurant la quantité d’électrons, en moles, qui sont utilisés pour effectuer cette conversion jusqu’à l’achèvement.
La charge électrique est mesurée en coulombs, un coulomb étant la quantité de charge transférée par un courant d’un ampère en une seconde. Une mole d’électrons équivaut à un peu plus de 96,485 XNUMX coulombs. En mesurant le temps nécessaire à un courant connu pour achever une réaction comme celle ci-dessus, le nombre de moles d’électrons utilisés peut être calculé et à partir de là, le nombre de moles de l’analyte déterminé. Ce type de coulométrie est appelé coulométrie à courant contrôlé ou titrage coulométrique. La méthode nécessite un moyen de déterminer quand le point final de la réaction a été atteint, tel qu’un indicateur chimique.
Un autre type d’analyse coulométrique est la coulométrie à potentiel contrôlé. Dans ce cas, un potentiel électrique constant est maintenu et le courant est mesuré. Au fur et à mesure que la réaction progresse, le courant diminue et se rapproche de zéro lorsque la réaction est terminée. Le nombre de moles d’analyte peut être calculé à partir du temps nécessaire pour que le courant tombe à zéro.