TP 5 CONDUCTIMÉTRIE : ÉTUDED

TP 5 CONDUCTIMÉTRIE : ÉTUDE D’UNE CELLULE CONDUCTIMÉTRIQUE
Objectifs :
Savoir que la présence d’ions est nécessaire pour assurer le caractère conducteur d’une solution.
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.
-Allumer l’ordinateur ; Utilisateur : 1S5(+num poste) ; pas de mot de passe ; session : EXAO
- Ouvrir le dossier premièreS5$ sur ‘labphy’(T: )
- Double-cliquer sur le fichier word intitulé « video_migration_ions » puis CTRL-clic sur le lien
qui s’affiche : La video s’exécute, bien observer…
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) vers l’électrode reliée à la borne négative du générateur et des ions négatifs
(anions) vers l’électrode reliée à la borne positive du générateur
Application : l’électrophorèse permet de cette façon de séparer les acides aminés .
II. Résistance et Conductance d’une solution ionique G.
La portion de solution ionique, délimitée par deux plaques
métalliques parallèles, vérifie la loi d’Ohm : la tension U appliquée
entre les deux plaques est proportionnelle à l’intensité I du courant
qui traverse la solution : U= R x I
Rest 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 la loi d’Ohm sous la forme:I =
U
R
soit I = GxU
en posant G =
1
R
(I = 1
U
R
= G xU donc G =
1
R
)
G est la conductance de la portion de solution ; l’unité de conductance est le siemens (S) .
Pour une tension U constante, comment évolue l’intensité quand la conductance augmente?
L’intensité I est proportionnelle à la conductance G donc elle augmente quand Gaugmente
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
afin d’éviter les phénomènes d’électrolyse. Les multimètres doivent être configurés en mode
alternatif AC (Alternatif Current) avec l’un en ampèremètre (bornes COM et mA ; calibre 200mA)
et l’autre en voltmètre(bornes COM et V ; calibre de départ 20V)
+
Cellule
conductimétrique
I
Conductance Gde
la portion de
solution aqueuse
entre les deux
plaques
-

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 .)
-Mesurer 80 mL de solution de chlorure de potassium de concentration C = 5,0.10-2 mol.L-1 dans
l’éprouvette graduéeet verser la solution dans le bécher de 100 mL.
-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 immergées d’une surface a(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 ) *
2) Exploitation des mesures
Conclure quant à l’influence de la surface des plaques sur la conductance d’une portion de solution.
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=kxS ; 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 : épaisseur d’une rondelle),.
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)
Surface immergée
I (mA)
U (V)
G(mS) =I/U
0
0
3
0,00
a
6,34
2,63
2,41
2a
9
,
7
4
2,48
3,
93
4a
21
,
2
2,35
9,02
Cellule
conductimétrique
Support
élévateur
ur
Boy
Solution aqueuse de
chlorure de
potassium
K+aq + Cl-aq
V
A200 mA
Générateur basse
fréquence ( GBF )

5
14,9
2,27
0,20
6,56
4
15,1
2,26
0,25
6,68
3
15,6
2,24
0,33
6,96
2
16,7
2,18
0,50
7,66
1
19,1
2,07
1,00
9,23
2) Exploitation des mesures
Comment varie la conductance Gde 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 Get ℓ.
G =
k'
;k'=Gx; unité S.I. de k’: S.m
V. INFLUENCE 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
Tracer le graphe G= f(C) avec l’échelle 1 cm pour 1,0.10
-2 mol.L-1 sur l’axe des abscisses.
Quelle relation existe entre la conductance G et la concentration de la solution ?
G = k’’xC ; k’’ =
G
C
; G est proportionnelle à C
unité S.I. de k’’:
1
S
mol.L
= S.L.mol-1
VI. CONCLUSION

Àl’aide des conclusions du III et IV, complétez la phrase suivante:
La conductance G d’une cellule conductimétrique est proportionnelle à la surface (commune)
immergée des électrodes et inversement proportionnelle à la distance entre les électrodes
En déduire l’expression littérale de la conductance G d’une portion de solution en fonction de la
surface S immergée des électrodes et de la distance ℓ entre les électrodes
( dans cette expression, introduire un coefficient de proportionnalité noté (sigma minuscule) et
appelé conductivité de la solution aqueuse ) .
G =
S
Unités : G en siemens (S) ; S en m2;en m
= G
S
; unité S.I. de : S
m
2
m
=
S
m
= S.m-1 (ou  .m-1)
Exprimer cette relation à partir de la constante de cellule
S
k exprimée en mètre(m).
G=kx; unité S.I. de k :
m
2
m
= 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 103mS.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 avec la concentration Cde la
solution aqueuse ?
Gproportionnelle à la concentration C (d’après V)
 Gproportionnelle àla concentration  (d’après VI)
alors proportionnelle à la concentration C 