TP 5 CONDUCTIMÉTRIE : ÉTUDED

TP 5
CONDUCTIMÉTRIE : ÉTUDE D’
UNE CELLULE CONDUCTIMÉTRIQUE
Objectifs :
 Sav
oi
rquel
apr
és
enced’
i
onses
tnéces
s
ai
r
epouras
s
ur
erl
ecar
act
èr
econduct
eurd’
unes
ol
ut
i
on.
 Connaître les relations entre Intensité, tension, conductance et résistance.
 Connaître les grandeurs qui ont une influence sur la mesure de la conductance et dans quel sens :
Température, Géométrie de la cellule, Concentration molaire en soluté de la solution .
I. Déplacement des ions dans une solution électrolytique.
- Al
l
umerl
’
ordinateur ; Utilisateur : 1S5(+num poste) ; pas de mot de passe ; session : EXAO
- Ouvrir le dossier premièreS5$ s
ur‘
l
abphy’
(
T:)
- Double-cliquer sur le fichier word intitulé « video_migration_ions » puis CTRL-clic sur le lien
quis
’
affiche : La v
i
deos
’
exécut
e,bi
enobs
er
v
er
…
 À quoi est du le passage du courant électrique dans une solution ionique ?
(Préciser le sens de déplacement des porteurs de charges)
le courant électrique est le résultat des mouvements en sens contraires des ions positifs
(cations) v
er
sl
’
él
ect
r
oder
el
i
éeàl
abor
nenégat
i
v
edugénér
at
euretdesi
onsnégat
i
fs
(
ani
ons
)v
er
sl
’
él
ect
r
oder
el
i
éeàl
abor
nepos
i
t
i
v
e du générateur
Application : l
’
él
ect
rophorèsepermetdecet
t
efaçondeséparerl
esaci
desami
nés.
II. Résistance et Conduct
anced’
unes
ol
ut
i
oni
oni
queG.
+
Cellule
conductimétrique
I
Conductance G de
la portion de
solution aqueuse
entre les deux
plaques
La portion de solution ionique, délimitée par deux plaques
métalliques parallèles, vérifie la l
oid’
Ohm : la tension U appliquée
entre les deux plaques est proportionnelle à l
’
i
nt
ens
i
t
éIducour
ant
qui traverse la solution : U= R x I
R est la résistance de la portion de solution entre les plaques
Unités : U en Volt (V) ; I en ampère (A) ; R ; R en Ohm (Ω)
On peut écrire l
al
oid’
Ohm s
ousl
afor
me: I =
en posant G =
1
R
(I =
U
R
soit I = G x U
1
1
U = G x U donc G =
)
R
R
G est la conductance de la portion de solution ;l
’
uni
t
édeconduct
anceestl
esiemens (S).
 Pourunet
ensi
onU const
ant
e,commentévol
uel
’
i
nt
ensi
t
équandla conductance augmente?
L’
i
nt
ens
i
t
éIes
tpr
opor
t
i
onnel
l
eàl
aconduct
anceG doncel
l
eaugment
equandGaugment
e
Conclusion : plus la conductance de la solution est élevée et plus la solution est conductrice
III. Influence de la SURFACE IMMERGÉE
1) Protocole
Le montage utilisé est schématisé ci-dessous : Le cellule est soumise à une tension alternative
afi
nd’
éviter les phénomènesd’
él
ect
r
ol
ys
e. Les multimètres doivent être configurés en mode
alternatif AC (Alternatif Current) avec l
’
unenampèr
emèt
r
e(
bor
nesCOM et mA ; calibre 200mA)
et l
’
aut
r
eenv
ol
t
mèt
r
e(bornes COM et V ; calibre de départ 20V)
200 mA
Générateur basse
fréquence ( GBF )
SANS LE BRANCHER DANS LE CIRCUIT, prérégler
le GBF sur une tension sinusoïdale,
- de fréquence 500Hz (appuyer sur ~ et freq et
tourner le disque central pour afficher 0.500 kHz
sur le GBF)
- de valeur efficace 3,0V (appuyer sur Ampl et
tourner le disque central pour afficher 3.0 V sur le
voltmètre.)
A
V
Solution aqueuse de
chlorure de
potassium
K+aq + Cl-aq
Cellule
conductimétrique
Support
élévateur
urBoy
- Mesurer 80 mL de solution de chlorure de potassium de concentration C = 5,0.10
-2
l
’
épr
ouv
et
t
egr
aduéeet verser la solution dans le bécher de 100 mL.
mol.L-1 dans
- Placer les électrodes de cuivre juste au dessus de la solution (surface immergée nulle) : Dans ce
cas la conductance doit être nulle, car aucun porteur de charge ne circule entre les deux plaques.
- Réaliser le montage et faire vérifier avant de brancher le GBF !!!
- Lever légèrement le support afin que les électrodes soient i
mmer
géesd’
unes
ur
facea(qui
correspond à une surface métallique ), puis 2a et 4a.
- Agiter la solution en remuant avec précaution le bécher puis mesurer la tension efficace U ainsi que
l’
intensité efficace I (attendre que les indications des multimètres soient quasi constantes)
et compléter le tableau ci-dessous :
* Si on exprime U en Volts et I en mA ( milliAmpères ), le calcul G = I/U donnera une valeur de la
conductance en mS ( milliSiemens ) *
Surface immergée
0
I (mA)
a
2a
4a
U (V)
0
6,34
9,74
21,2
G(mS) =I/U
3
2,63
2,48
2,35
0,00
2,41
3,93
9,02
2) Exploitation des mesures
 Co
ncl
urequantàl
’
i
nfl
uencedel
asurfacedespl
aquessurl
aconduct
anced’
uneport
i
ondesol
ut
i
on.
La conductance augmente quand la surface immergée des électrodes augmente
 Davantage de mesures auraient permis de constater que G est proportionnelle à la surface S
immergée. Quelle relation pouvez-vous écrire entre G et S ? Précisez les unités utilisées .
G = k x S ; k=
G
S
est la constante de proportionnalité
unités S.I. : G en S ,
S en m² ,
k en S.m-2
IV. Influence de la distance entre les plaques,
1) Protocole
- Choisir une immersion maximale (4a) qui ne sera pas modifiée au cours des mesures
- Commencer avec une distance ℓ= 5e (e :épai
s
s
eurd’
uner
ondel
l
e)
,
.
Mesurer U et I comme précédemment (avec les mêmes précautions).
- Refaire le même travail pour 4e, 3e, 2e et e.
- Compléter le tableau ci-dessous :
ℓ(
unité e)
I(mA)
U(V)
ℓ-1(e-1)
G(mS)
5
14,9
15,1
15,6
16,7
19,1
4
3
2
1
2,27
2,26
2,24
2,18
2,07
0,20
0,25
0,33
0,50
1,00
6,56
6,68
6,96
7,66
9,23
2) Exploitation des mesures
 Comment varie la conductance G de la portion de solution en fonction de ℓ?
G augmente/diminue quand la distance 

entre les électrodes diminue/augmente
 Davantage de mesure auraient permis de constater que G est inversement proportionnelle à la
distance ℓentre les électrodes. Établir la relation entre G et ℓ.
G =
V. INFLUENCE
k'

;
k'= G x 
; unité S.I. dek’: S.m

DE LA CONCENTRATION DE LA SOLUTION
1) Protocole
- Rincer et essuyer les électrodes.
- Mesurer la conductance de la solution de chlorure de sodium numérotée et de concentration C
(lire la concentration sur le flacon). Reporter la valeur obtenue dans le tableau prof.
- Compléter le tableau ci-dessous
- Éteindre le GBF et les multimètres
TABLE
C(mol.L-1)x10-2
I (mA)
U (V)
G (mS)
1
0,50
1 ,0 ;
1,2
2
0,80
1,4
;
1,7
3
1,0
1,5
;
2,1
4
2,0
2,9
;
3,8
5
4,0
5,6
;
6
6,0
8,0
;
11
7
8,0
11,3 ;
14
8
10
15,6 ;
18
2) Exploitation des mesures
-2
-1
 Tracer le graphe G = f(C)a
vecl
’
échel
l
e1cm pour1
,
0.
1
0 mol.L surl
’
axedesabsci
sses.
 Quelle relation existe entre la conductance G et la concentration de la solution ?
G = k’
’
x C ;
k’
’=
unité S.I. dek’
’:
VI. CONCLUSION
G
C
; G est proportionnelle à C
S
= S.L.mol-1
1
mol.L
 Àl
’
ai
dedesconcl
usi
onsduIIIetIV,compl
ét
ezl
aphrases
ui
v
ant
e:
Laconduct
anceG d’
unecel
l
ul
econduct
i
mét
r
i
quees
t pr
opor
t
i
onnelle à la surface (commune)
immergée des électrodes et inversement proportionnelle à la distance entre les électrodes
 En déduire l
’
expres
si
onl
i
t
t
éral
edel
aconductance G d’
uneport
i
ondesol
ut
i
on enfonct
i
onde la
surface S immergée des électrodes et de la distance ℓent
rel
esél
ect
rodes
( dans cette expression, introduire un coefficient de proportionnalité noté (sigma minuscule) et
appelé conductivité de la solution aqueuse ) .
S

G = 
Unités :
G en siemens (S) ;























= G 
S
;
S en m2 ;


en m
m
S
unité S.I. de  : S  2 =
= S.m-1 (ou .m-1)
m
m
 Exprimer cette relation à partir de la constante de cellule
k 
S
exprimée en mètre(m).

G = k x 


; unité S.I. de k :
m
m2
= m
Remarque sur les unités :
USI : k en m ; conductance G en S; conductivité  en S.m-1
Usage courant : k en cm ; G en S;  en mS.cm-1 .
1 S.m-1 = 10-2 S.cm-1 = 10-2 x 103 mS.cm-1 = 10 mS.cm-1
 De quelle grandeur dépend ?
























dépend de C
(puisque G dépend de C)
 À partir de la conclusion du V, que peut-on penser de la variation de
solution aqueuse ?
avec la concentration C de la
G
proportionnelle à la concentration C (
d’
apr
èsV)




























 G
proportionnelle à
la concentration  (d’
apr
èsVI)
alors 

proportionnelle à la concentration C 