COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC TECHNO
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- Sophie Renaud
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1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC TECHNO ① CONDUCTIVITÉ DES SOLUTIONS ② PRODUIT IONIQUE DE L EAU ③ ACIDE BASE NOTION DE ph OBJECTIFS DES ACTIVITÉS Savoir calculer la conductance et la conductivité d une solution et expliquer pourquoi cette solution conduit le courant. Comprendre la dissociation de l eau pure et utiliser l expression du produit ionique de l eau dans un calcul. Connaitre la relation en ions hydronium ou hydroxyde pour calculer le ph d une solution à partir de la concentration. Et la relation réciproque. 1
2 Activité 1 1- Définition La conductivité ( ) représente l aptitude d une solution à conduire le courant électrique. Cette grandeur ayant pour unité le Siemens par mètre (S/m). Autre multiple utilisé : le millisiemens par centimètre (ms/cm) Electrode de mesure Conductimètre L appareil de mesure se nomme un conductimètre. Pour mesurer la conductivité d une solution, il suffit de tremper l électrode dans la solution et de lire directement le résultat. 1 Quelle est la valeur mesurée? 2 Quelles sont les espèces chimiques responsable de cette conductibilité? 2-Conductance et conductivité La conductivité ( ) représente l aptitude d une solution à conduire le courant électrique. Pour déterminer expérimentalement une valeur de conductivité à partir de la conductance, il est nécessaire de connaître la valeur de la surface immergée des électrodes et la distance qui les sépare. Par définition la conductance (G) d une portion de solution ionique est égale à l inverse de la résistance R de cette même portion de solution. Grandeurs et unités : Conductance : en Siemens (S) ; Résistance (R) : en Ohm ( ) 2
3 La conductance d une portion de solution électrolytique est proportionnelle au quotient :. L (s représente la surface et L la distance entre les deux électrodes). s La cellule de conductivité est constituée de deux plaques de cuivre (surface carré) mesurant 1 cm de côté soit une surface de s = 1 cm² et séparé l une de l autre de L = 1 cm. On définit la relation suivante : G Grandeurs Conductance Unités Siemens (S) La conductivité Siemens par mètre (S/m ou S.m-1) s La surface de l électrode Mètre-carré (m²) L Distance entre les 2 électrodes Mètre (m) 3- Application On réalise l expérience suivante : Les mesures ont donné les résultats suivants : et ① Calculer la conductance (G). ② Calculer la conductivité ( ) de la solution. 3
4 Activité ② 1- Expérience : Mesure de la conductivité de l eau pure L eau pure est un liquide incolore qui ne renferme que des molécules d eau (H2O). On a vu qu une solution est conductrice du courant si elle renferme des ions. Que constate t-on? Quelle interprétation pouvez-vous faire? 2- Conclusion Comme la conductivité est faible mais non nulle, alors l eau pure renferme des ions en très faible quantité. Ces ions ne peuvent être constitué que de l élément hydrogène (H) et oxygène (O). C est ions sont : - L ion hydronium ou oxonium (H3O+). - L ion hydroxyde (OH- ou HO-). Pour obtenir la synthèse de ses ions à partir des molécules d eau, il faut écrire l équation bilan : H2O + H2O H3O+ + HOC est l autoprotolyse de la molécule d eau. Le symbole ( ) dans l équation permet d indiquer que simultanément coexiste les espèces chimiques suivantes : H2O, H3O+ et HO-. Toutes solutions aqueuses (dont le solvant est de l eau) renferment au moins les espèces chimiques suivantes : - Des molécules d eau H2O en très très grande quantité. - Des ions hydronium H3O+ en très faible quantité. - Des ions hydroxydes HO- en très faible quantité. 4
5 3- Le produit ionique de l eau Le produit de la concentration molaire en ions hydronium H 3 O + par la concentration molaire en ions hydroxyde HO - est toujours constant et est égale à K e. avec [H 3 O + ] et [HO - ] sont des concentrations molaires exprimées en mol/l Exprimer alors [H 3 O + ] en fonction de [HO - ] et K e ; Puis [HO - ] en fonction de [H 3 O + ] et K e. 4- Application 4-1 La concentration dans une solution aqueuse en ions ; Calculer la concentration en ions hydroxyde [HO - ]. 4-2 La concentration dans une solution aqueuse en ions ; Calculer la concentration en ions hydronium [H 3 O + ]. 5
6 Activité 3 1- Notion de ph Le ph est une valeur comprise entre 0 et 14. Si le ph < 7, la solution est acide. Si le ph > 7, la solution est basique. Et un ph 7, la solution est neutre. Le ph est une échelle logarithmique (Multiplier par 10 le degré d acidité ou d alcalinité). Exemple : Solution de ph 5 = 10 plus acide qu une solution de ph 6. Solution de ph 4 = 100 plus acide qu une solution de ph 6 2- Comment mesure t-on le ph? 3-1 Le papier ph C est un papier qui prend une couleur donnée en fonction du ph de la solution. Par comparaison sur des étalons de couleurs, on détermine le ph d une solution. (Précision : l unité ph). 3-2 Le ph-mètre Appareil de mesure qui vous renseigne sur la valeur du ph d une solution. (Précision : au 10 ème unité ph) 3-3 L indicateur coloré Prend une couleur en fonction du ph de la solution (Précision : indique si la solution est acide, basique ou neutre) Le Bleu de Bromothymol : Pour un ph < 6 (Acide) : couleur jaune ; Un ph > 7,6 (Basique) : couleur bleue ; Couleur vert pour un ph compris entre 6 et 7,6 (Neutre). 3- Comment calculer le ph d une solution Le ph est lié à la concentration en ions hydronium (H 3 O + ) d une solution. Par exemple : Une solution de concentration en ions hydronium [H 3 O + ] = 10-1 mol/l présente un ph = 1. Si la concentration est [H 3 O + ] = 10-2 mol/l le ph est de 2 etc Inversement, si le ph = 9, cela signifie que dans cette solution [H 3 O + ] = 10-9 mol/l. On obtient l échelle suivante : [H 3 O + ] mol/l ph 6
7 La notion de ph a été introduite en 1909 par le chimiste danois Soërensen. Il est plus simple d exprimer l acidité d une solution par son ph que par sa concentration en ions hydronium (H 3 O + ). On en déduit que : et EX n 1 : La concentration en ions hydronium d un jus de citron exprimée en mol/l vaut :. Calculer son ph. EX n 2 : L eau de Javel diluée peut-être utilisée comme désinfectant. Le ph de telle solution est égal à :. Calculer la concentration en ions hydronium [H 3 O + ] et hydroxyde [HO - ]. 4- Conclusion Si le ph < 7 alors la solution est acide et la concentration en ions [H 3 O + ] > [HO - ] Si le ph = 7 alors la solution est neutre et la concentration en ions [H 3 O + ] = [HO - ] Si le ph > 7 alors la solution est basique et la concentration en ions [H 3 O + ] < [HO - ] 7
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