TP 3 diffusion à travers une membrane

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1 TP 3 diffusion à travers une membrane CONSIGNES DE SÉCURITÉ Ce TP nécessite la manipulation de liquides pouvant tacher les vêtements. Le port de la blouse est fortement conseillé. Les essuie tout en papier seront rincés sous le robinet et essorés avant d être jetés à la poubelle. ATTENTION : le TD 5 est une préparation indispensable à ce TP. 1 But de la manipulation Mesurer la perméabilité d une membrane de cellulose en suivant l évolution de la concentration d une solution de permanganate de potassium qui se répartit dans deux compartiments séparés par la membrane. La diffusion d une substance non chargée est régie par la loi de Fick. 2 Principe Un boudin de cellulose est fixé à une extrémité à un anneau et est obturé à l autre extrémité par une pince (figure 1). On remplit le boudin d un volume d une solution de permanganate de potassium. On suit alors l évolution en fonction du temps de la concentration de permanganate de potassium dans le compartiment. A l aide de la courbe obtenue, on calcule la perméabilité de la membrane soit à partir du flux initial en utilisant directement la loi de Fick, soit en utilisant l équation intégrée donnant l évolution de la concentration en fonction du temps (voir TD 5). La concentration est mesurée par absorption de la lumière à l'aide d'un spectrophotomètre. 3 Manipulation a Montage On dispose d un boudin de 10 cm de long. Le boudin doit être fixé sur la section la plus faible de l entonnoir en plastique. L élastique de serrage doit être enfilé avant. Rabattre cet élastique sur le boudin et obturer l autre extrémité, en la retournant, avec une pince.

2 On peut fixer l entonnoir sur un support. Le boudin doit faire environ 7 cm de long. On remplit le boudin jusqu au niveau de l entonnoir d un volume mesuré à l aide d une éprouvette graduée, d une solution de permanganate de potassium de concentration Co = 1 g/ l (solution mère). On plonge le boudin dans un grand bêcher de 1 litre que l on remplit de telle sorte que le niveau d eau soit le même à l intérieur et à l extérieur du boudin. Noter le volume précis V 2 d'eau distillée contenu dans le grand bêcher. Brancher immédiatement le bulleur, permettant d homogénéiser l intérieur du boudin et noter le temps t = 0. Permanganate introduit à l instant initial concentration : Co Entonnoir Elastique V 2 Boudin de cellulose de surface S Pince Figure 1 : montage expérimental b Courbe d étalonnage Une intensité lumineuse I 0 arrive sur un milieu absorbant. Une partie est absorbée et en sortie l'intensité vaut I < I 0. On définit la transmission t et la densité optique D par : t = I I 0 et D=log 10 I 0 I La loi de Beer Lambert indique que D est proportionnelle à la concentration C : D=ε λ lc l = trajet optique, ε λ = coefficient d extinction molaire A partir de la solution A (1 g/l), préparer les solutions suivantes dans les cuves à spectrophotométrie (ED signifie eau distillée) : Tableau 1 Composition C D 1 0,3 ml de A + 3 ml d ED 2 0,2 ml de A + 3 ml d ED 3 0,1 ml de A + 3 ml d ED 2

3 4 0,05 ml de A + 3 ml d ED Réglage du spectrophotomètre : Régler la longueur d onde à 586 nm. Sur une cuve contenant de l eau distillée régler le facteur de transmission à 100% : D = 0. Agiter les 4 solutions et mesurer leur densité optique. Remplir le tableau 1 et tracer la courbe d étalonnage C = ad. En déduire la pente «a» de cette courbe. c Prélèvements Pour effectuer les prélèvements, retirer le bulleur, prélever à la seringue puis remettre le bulleur en place. A des temps conformes au tableau 1, prélever à l aide d une seringue de 1ml, 0,3 ml de et placer chaque prélèvement dans une cuve à spectrophotométrie. Rajouter précisément à l aide d une seringue de 5 ml, 3 ml d eau distillée dans chaque cuve. Le facteur de dilution «d» correspondant à cette opération est donc : (3+0,3)/0,3 = 11. Mesurer la densité optique de chaque échantillon et la reporter dans le tableau 1. Compartiment 1 (boudin) t (mn) : 0 (solution mère), 8, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60 Compartiment 2 (bêcher), prélèvements de 3 ml. En effet, il est conseillé de ne pas diluer ces prélèvements. t (mn), 40, 50, 60 Tableau 2 Temps (mn) D 1 (comp 1) D 2 (comp 2) C 1 C 2 ln(c 1 / ) Résultats 3

4 1) A l aide de la courbe d étalonnage, reporter dans le tableau 2 les valeurs exactes des concentrations C 1 et C 2 en ayant tenu compte du facteur de dilution «d» et de «a». 2) Tracer sur un même graphique, la courbe d évolution de C 1 = f(t) (figure 2) et les quelques valeurs de C 2 =f(t). C 1 C dc 1 /dt Figure 2 : Courbe d évolution C 1 =f(t) 3) A la fin de l expérience, ouvrir le boudin selon une génératrice Temps du (s) cylindre et mesurer sa surface S. 4) Calcul de la perméabilité a A partir du flux initial. dc On a montré en TD que la pente à l origine s'écrit : 1 dt Calculer la perméabilité : P = dc 1 V 1. dt t 0 S Comme les concentrations interviennent par leur rapport, on peut les laisser en g/l. Les autres quantités doivent être mises en unités S.I. b A partir de la courbe d évolution de C 1 = f(t) C 1 = exp SP t t=0 = SP. On linéarise l expression : Ln C 1 = SP t 4

5 Dans le tableau 2, reporter les valeurs de Ln C 1. Tracer la courbe Ln C 1 =f(t). On obtient une droite de pente négative : et comparer cette valeur à celle obtenue avec la première méthode. SP, en déduire P 5) Questions diverses : Calculer la constante de temps τ à partir de la courbe C 1 = f(t) et par le calcul. Comparer les deux valeurs. Quelle sera la valeur de C 1 quand t = τ? Vérifier et reporter ce résultat sur la courbe. Calculer la concentration à l équilibre connaissant et V 2. Enumérer les sources d erreurs expérimentales possibles. 5

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