Act.2: TP : DETERMINATION EXPERIMENTALE DE LA CMC DU DODECYLSULFATE DE SODIUM. Comment déterminer la CMC du SDS?

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1 Act.2: TP : DETERMINATION EXPERIMENTALE DE LA CMC DU DODECYLSULFATE DE SODIUM Le dodécylsulfate de sodium (SDS) (de masse molaire M = 288,0 g/mol) est un tensioactif anionique couramment utilisé dans les shampooings et détergents. Au-delà d une certaine concentration de SDS en solution (dite concentration micellaire critique CMC), les chaînes SDS se regroupent en micelles. Comment déterminer la CMC du SDS? Doc.1. : La conductivité d une solution Les seules solutions conductrices sont les solutions électrolytiques (les ions qu elles contiennent sont les porteurs de charge). La conductivité σ d une solution électrolytique représente son aptitude à conduire plus ou moins le courant électrique. Elle est mesurée à l aide d une cellule conductimétrique qui : - mesure la conductance G de la solution (l inverse de sa résistance R), lorsqu on lui applique une tension : G = 1/R avec G en Siemens (S) et R en ohms (Ω). - donne ensuite = k. G avec k = L/S k étant la constante de la cellule conductimétrique, exprimée en m -1, avec S, l aire de la portion d électrode immergée et L, la distance inter-électrodes au sein de la cellule. Doc.2. Conductivité molaire ionique : La conductivité molaire ionique λ i d un ion X i en solution est exprimée en S.m 2.mol -1. Elle caractérise la capacité de cet ion à se déplacer, à conduire le courant électrique. La conductivité d une solution ionique (contenant des ions X i à la concentration [X i ]) est donnée par la formule : σ = Ʃ λ i [X i ]. La valeur de est mesurée à l aide d un conductimètre pour une température donnée. Facteurs influençant la valeur de σ : la concentration effective en ions : plus elle est grande, plus la conductivité de la solution est grande. la nature de l'électrolyte : des ions de nature différente se distinguent par leur charge, leur taille, le nombre de molécules qui les solvatent. Les ions n'ont donc pas tous la même aptitude à se déplacer et à conduire le courant. la température : lorsque la température augmente, la conductivité augmente aussi car l'agitation thermique est plus importante. Doc.3. : Cas d une solution de concentration c en SDS La valeur de est mesurée à l aide d un conductimètre préalablement étalonné, pour une température donnée. La conductivité molaire d une solution de SDS est alors calculable par la formule = c σ. La valeur de reste à peu près stable tant que la concentration c en SDS reste inférieure à la valeur de la CMC puis diminue très progressivement du fait de la formation des micelles, particules sphériques gênant les déplacements des charges dans la solution. Doc.4. Pour déterminer la CMC du SDS, il faut disposer : - d eau distillée - de la solution S 0 de SDS de concentration molaire c 0 = 0,0400 mol.l -1 ( préparée à l'avance afin d'éviter la formation de mousse) - d une pipette de 50 ml et d un montage de titrage (burette, bécher, turbulent, agitateur magnétique). - d une cellule conductimétrique reliée à son conductimètre. Protocole expérimental à réaliser : Introduire à l aide de la pipette jaugée un volume V eau = 50 ml d'eau distillée dans un bécher de 250 ml. Remplir délicatement la burette graduée avec la solution S 0 de concentration c 0. Placer le bécher dessous. Introduire la cellule conductimétrique dans le bécher pour mesurer la conductivité σ de la solution qu il contient. Mesurer σ (en ms/cm) après chaque ajout de 1 ml de solution S 0. La première mesure sera effectuée lors du premier ajout, la dernière après 25 ml d ajout. Structure et matériaux TP tensioactifs CMC - 1/7

2 1 ère partie du TP : Préparation d'une solution S 0 de SDS de volume V 0 = 100 ml et de concentration molaire c 0 = 0,0400 mol.l -1 (à préparer à l'avance afin d'éviter la formation de mousse) 1) Déterminer la masse m SDS de SDS à peser pour préparer cette solution. On sait que n = m et C = n M V Donc n = C x V et m = n x M = C x V x M A.N. Co = 0,0400 mol.l -1 Vo = 100 ml = L M = 288,0 g/mol m = 0,0400 x x 288,0 = 1,152 soit m = 1,15 g (2 CS) 2) Appeler le professeur pour faire valeur cette valeur. 3) La masse m SDS a été prépesée par la laborantine sur une balance précise au 1/100 ème de gramme. Après validation par le professeur, poursuivre la préparation de la solution. Etablir l expression littérale de la concentration molaire c en SDS de la solution dans le bécher de 250 ml en fonction des données de l énoncé. On notera V le volume de solution S 0 ajouté depuis la burette dans le bécher. On a Co x V = c x (Veau + V) donc c = (Co x V) / (Veau + V) A.N. Co = 0,0400 mol.l -1 Veau = 50 ml = L V varie de 1 ml à 25 ml C = (0,0400 x V) / ( V) En utilisant les documents fournis, expliquer en quoi le protocole expérimental donné dans le doc. 4 va vous permettre de répondre à la problématique. Vous préciserez les étapes à conduire pour en exploiter les résultats. Le doc. 3 nous indique que la valeur de la conductivité molaire reste à peu près stable tant que la concentration c en SDS est inférieure à la valeur de la CMC puis diminue très progressivement. Il faut donc tracer = f(c) afin de déterminer la CMC. Or = / c donc il faut mesurer la conductivité de la solution. L ajout progressif de SDS à l aide de la burette permet de faire varier la concentration c en SDS dans la solution. 1. Mesurer la conductivité de la solution après chaque ajout de 1 ml de solution So. 2. Rentrer les valeurs dans Regressi 3. Calculer la conductivité molaire. 4. Calculer c 5. Tracer = f(c). 6. Déterminer la valeur de la CMC 2 ème partie du TP : Réaliser le protocole expérimental (voir doc.4.). Réaliser l exploitation des valeurs obtenues sur Regressi. Comparer la valeur de la CMC obtenue avec la valeur massique théorique : CMC(SDS) théorique = 2,0 g/l. Structure et matériaux TP tensioactifs CMC - 2/7

3 = f(v) La conductivité de la solution augmente assez rapidement puis beaucoup plus lentement avec l ajout de SDS Par modélisation, on détermine la valeur de c correspondant à l abscisse du point d intersection des deux portions de droite. (C est au-delà de ce point que Λ commence à diminuer) : c(cmc) = 6,8 mmol/l = 6, mol/l (concentration molaire) Structure et matériaux TP tensioactifs CMC - 3/7

4 Comparons avec la valeur théorique c(cmc) th : On dispose d une valeur de concentration massique théorique c m (CMC) th = 2,0 g/l. Calculons la concentration molaire correspondante : c(cmc) th = cm CMC th M AN. c m (CMC) th = 2,0 g/l M = 288,0 g/mol c(cmc) th = 6, mol/l Calculons l ECART RELATIF expérience - théorie : c(cmc ) c(cmc )th c(cmc )th = 6, , , = 1, soit 1,4 % d écart (< 5% : valeur validée!) Activité 2 : TP CMC Dodécylsulfate de sodium NOMS : Note /20 Coefficient A B C D ANA 1 1 Analyse du protocole REA 1 1 Préparation de la solution par dissolution REA 2 1 Manipulation du matériel : pipette, burette, conductimètre REA 3 1 Exploitation sur Regressi Détermination graphique de la CMC ANA 2 2 Calcul de c Calcul de la CMC molaire théorique VAL 1 Comparaison expérience théorie Structure et matériaux TP tensioactifs CMC - 4/7

5 Compléments : Utilisation de Regressi Le graphe = f(c) montre une 1ere partie où est quasi stable puis la conductivité diminue progressivement. Il faut donc tracer 2 portions de droite : utiliser la modélisation par bornes Choisir : Bornes de.. Avec la souris définir un rectangle pour choisir les bornes. Choisir : Bornes et nouveau modèle.. Avec la souris définir un rectangle pour choisir les bornes. Structure et matériaux TP tensioactifs CMC - 5/7

6 Structure et matériaux TP tensioactifs CMC - 6/7

7 Par modélisation, on détermine la valeur de c correspondant à l abscisse du point d intersection des deux portions de droite. (C est au-delà de ce point que Λ commence à diminuer) : c(cmc) = 6,8 mmol/l = 6, mol/l (concentration molaire) Structure et matériaux TP tensioactifs CMC - 7/7

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