TP cours : Conductimétrie 1s M.Boulant

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1 TP cours : Conductimétrie 1s M.Boulant Par paillasse Un conductimètre 250mL de NaCl à 0,01 mol.l -1 (flacon possible) 100mL de NaOH à 0,01 mol.l -1 (flacon possible) 100mL de HCl à 0,01 mol.l -1 (flacon possible) une fiole de 100mL Une fiole de 50mL (flacon possible) 3 béchers de 50 ml Une pipette de 10mL +propipette Au bureau : Un conductimètre Une solution étalon Deux béchers de 50mL Papier joseph Un thermomètre 100mL de NaCl à 0,01 mol.l -1 (flacon possible) FROID (frigo) 100mL de NaCl à 0,01 mol.l -1 (flacon possible) CHAUD (bain marie)+faire chauffer dans une autre salle.

2 La conductimétrie 1)La conductance d'une solution : 1.1)Définitions La conductimétrie est l étude quantitative de la conductivité des électrolytes, c est-à-dire des solutions conductrices du courant électrique. 1.2)Résistance et conductance d'une solution Deux électrodes planes et parallèles, de surface s, plongent face à face à une distance l l une de l autre dans un électrolyte. On applique une tension alternative sinusoïdale de valeur efficace U (en V) entre ces électrodes et on note I l intensité efficace (en A) du courant qui traverse la solution. La résistance R, en ohm (Ω), de la portion de solution entre les électrodes est :R= U. I U I s électrolyte La conductance G, en siemens (S = Ω -1 ), de la portion de solution entre les électrodes est : G= 1 R = I U. 1.3)Constantes de la cellule Activité expérimentale En vue d étudier l influence des facteurs géométriques de la cellule conductimétrique, les mesures sont effectuées avec une même solution de chlorure de sodium de concentration c=1,0x10-3 mol.l -1. On obtient les résultats suivants : Tableau a : s en cm 2 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 G en μs Tableau b: l en cm 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 G en μs Quelle est l'influence de s sur la conductance de la solution? Quelle est l'influence de l sur la conductance de la solution? L analyse des données des tableaux a et b permettent d énoncer les propriétés suivantes : Pour une solution électrolytique donnée, la conductance G de la colonne liquide située entre les plaques est : proportionnelle à la surface (la conductance G augmente quand la surface s augmente) ; inversement proportionnelle à la distance l entre les plaques (la conductance G augmente quand la distance l diminue).

3 2)La conductivité 2.1)La conductivité Soit une cellule conductimétrique possédant des électrodes de surface s et distantes d'une longueur L. G= σxs L s en m 2 L en m σ conductivité en S.m -1 G en siemens (S) Comme s et L sont des constantes liées à la cellule on définit la constante k= on en déduit : G= σ k d'ou : σ= kg k constante de cellule en m -1 G en siemens (S) 2.2)Conductivité d'une solution diluée La conductivité σ est proportionnelle à la concentration C en soluté apporté. Elle dépend également de la conductivité molaire du soluté notée Λ. σ = Λ.C G = k.λ.c 2.3)Conductivité molaire ionique On admet que la contribution de chaque type d ions est proportionnelle à sa concentration. Pour chaque ion, le coefficient de proportionnalité s appelle conductivité molaire ionique. On la note λ et son unité est le S.m 2.mol -1. Pour une solution ionique diluée contenant les ions M + (aq) et X - (aq) dont les concentrations sont notées [M + ] et [X - ], la conductivité peut se mettre sous la forme : σ = λ M+.[M + ] + λ X-.[X - ] λ en S.m 2.mol -1 [Xi] en mol.m -3 Plus généralement la conductivité d'une solution ionique contenant plusieurs ions est la somme des contributions de chaques ions : σ = λi.[ Xi ] λ en S.m 2.mol )Quelques conductivitée molaire ioniques [Xi] en mol.m -3 L s Cation X i X 10-3 S.m 2.mol -1 Anion X i X 10-3 S.m 2.mol -1 H 3O + 34,98 HO - 19,92 Li + 3,86 F - 5,54 Na + 5,01 Cl - 7,63 K + 7,35 Br - 7,81 7,34 I - 7,70 NH + 4 Ag + 6,20 H 2PO 4 1/2 Ba 2+ 6,36 1/2 Ca 2+ 5,95 HCOO - 5,46 1/2 Zn 2+ 5,28 CH 3COO - 4,09 1/2 Fe 2+ 5,35 1/2 HPO 4 5,70 1/3 Al 3+ 6,30 1/2 SO 4 8,00 1/3 Fe 3+ 6,80 1/3 PO 4 9,28 NO 3 3,60 7,14

4 2.5)Conversions d'unités Attention : La concentration en conductimétrie s'exprime toujours en mol.m -3 1mol.m -3 = 1000mol.L -1 Les conductimètres sont gradués en ms.cm -1 1mS.cm -1 =100mS.m -1 1mS.cm -1 =10-3 S.cm -1 1mS.cm -1 =0,1S.m )Influence de la température sur la conductivité Activité expérimentale : On utilise un montage dont les dimensions (s et l sont fixes). On augmente la température d une solution de chlorure de sodium à 0,100 mol.l -1 tout en relevant la valeur de la conductivité. On obtient les résultats suivants : θ en C 80 8 σ en ms.cm -1 10,7 7 σ en S.m -1 1,07 0,7 Interprétation des résultats : Les mesures réalisées montrent que la conductivité d une solution de chlorure de sodium augmente avec la température ; ce résultat est général. La conductivité d une solution ionique augmente quand sa température augmente. 2.7)Influence de la nature des ions sur la conductivité Le tableau ci-dessous présente la conductance de trois solutions. Elles ont toutes la même concentration : 10,0 mmol.l -1. Interprétation des résultats : Espèce σ en ms.cm -1 σ en S.m -1 Na + (aq) + Cl - (aq) 0,99 0,099 Na + (aq) + HO - (aq) 3,0 0,30 H + (aq)+ Cl - (aq) 3,9 0,39 Les solutions d hydroxyde de sodium et de chlorure de sodium, qui ne diffèrent que par la nature de leur anion, ont des conductivité différentes. Il en est de même pour les solutions de chlorure de sodium et d acide chlorhydrique, qui ne diffèrent que par la nature de leur cation. 2.8)Influence de la concentration des ions sur la conductivité À partir d une solution mère de chlorure de sodium de concentration c = mol L -1 préparez des solutions de concentrations de 6,0 10-3, 4, à 2, mol L -1. Les mesures sont effectuées dans les mêmes conditions expérimentales (température...) Concentration : mol L , , , σ en ms.cm -1 0,998 0,635 0,434 0,220 σ en S.m -1 0,0998 0,0635 0,0434 0,0220 Tracez sur le graphique ci-dessous :la courbe représentant la conductivité en fonction de la concentration :

5 Conclusion : La conductivité dépend de la concentration de la solution. Plus la solution est concentrée et plus la conductivité est grande. 2.9)Interprétation microscopique Géométrie de la cellule : Chaque ion est mis en mouvement par une force résultant de la tension entre les deux électrodes (voir votre cours de physique ). Plus l aire des électrodes est grande, plus le nombre d ions mis en mouvement sera grand. De plus, les interactions entre les plaques et les ions sont d autant plus faibles que les plaques sont éloignées. Agitation thermique : La température est liée à l agitation des molécules. La conductivité dépend de la vitesse de déplacement des porteurs de charge. Quand la température augmente, l agitation des atomes, des molécules ou des ions devient plus importante et la conductivité de la solution électrolytique augmente.

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