CAPTEUR
CONDUCTIMETRIQUE
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CAPTEUR DE CONCENTRATION
Nous avons vu la semaine dernière comment exploiter les propriétés conductrices des solutions ioniques pour fabriquer un capteur de position.
Vous allez découvrir cette semaine comment les
propriétés conductrices d'une solution ionique peuvent
être reliées à la concentration de la solution, et
donc comment l'on peut réaliser un capteur de concentration.
Résistance d'une solution ionique
Pour mesurer la résistance d'une solution ionique il vous suffit
d'immerger dans la solution deux lames métalliques
reliées à un ohm-mètre.
Vous disposez en outre d'une solution de chlorure de sodium de
concentration 0,1mol/L et d'une solution de sulfate de cuivre de
même concentration.
On souhaite mettre en évidence le fait que la résistance
d'une solution ionique dépend des paramètres suivants:
- la surface immergée des électrodes
- la distance entre les électrodes
- la nature de la solution ionique
- la concentration de la solution
Réalisez
les expériences permettant de mettre en évidence
qualitativement l'influence de chacun de ces 4 paramètres.
Vous réaliserez chacune de ces expériences devant le
professeur, et vous en décrirez le principe et les
résultats dans votre compte-rendu.
Pour la suite du TP nous allons utiliser des sondes de conductimètrie reliées aux ordinateurs.
Ces sondes fonctionnent selon le principe décrit sur le schéma ci-dessous:
Pourquoi travaille-t-on en courant alternatif plutôt qu'en continu?
Comment l'ordinateur peut-il, à partir de l'intensité et de la tension mesurées, calculer la résistance?
En fait, en conductimètrie, on mesure plutôt la conductance que la résistance.
La conductance G est égale à l'inverse de la résistance.
Plus la résistance est grande et plus la conductance est faible, et vice-versa.
Plus une conductance est grande et plus le conducteur testé est un bon conducteur.
En fait la conductance et la résistance sont liées non
pas à un matériaux, mais à un objet conducteur.
C'est à dire que résistances et conductances
dépendent de la forme de cet objet.
La sonde de conductimètrie permet de mesurer directement une
grandeur caractérisant le matériau lui-même. Cette
grandeur est appelée conductivité.
Etalonnage
Nous voulons maintenant établir la relation existant entre la conductivité d'une solution et sa concentration.
Nous allons donc réaliser ce que l'on appelle une courbe d'étalonnage.
En utilisant les différentes solutions de sulfate de cuivre mises à votre disposition, déterminez la relation donnant la conductivité en fonction de la concentration de cette solution.
Détermination d'une concentration inconnue
Comme première application de la courbe d'étalonnage que vous venez d'obtenir, déterminez
à l'aide de la sonde conductimètrique la concentration
d'une solution inconnue de sulfate de cuivre fournie par le professeur.
Suivi d'une transformation chimique
L'ion cuivre et l'ion hydroxyde peuvent réagir ensemble pour former un précipité d'hydroxyde de cuivre:
Cu2+ + 2 HO- => Cu(OH)2
On souhaite faire réagir 10mL d'une solution de sulfate de cuivre de concentration 5.10-2 mol/L avec 20mL d'une solution d'hydroxyde de sodium (Na+ + HO-) de concentration 0,1mol/L.
Mais au lieu de mélanger directement les deux solutions, on
préfère observer le déroulement de la
réaction, en introduisant la solution d'hydroxyde de sodium
petit à petit.
Pour cela vous allez verser de la solution de sulfate de cuivre (solution B) dans un becher, puis en prélever 10mL à l'aide d'une pipette de jaugée de 10mL:
Puis cette solution sera versée dans un petit becher.
Puis il vous faut remplir la burette graduée avec la solution d'hydroxyde de sodium (solution B):
Le niveau de la solution B doit initialement correspondre à la graduation 0.
N'oubliez pas de déclencher l'agitation dans le becher.
Puis versez
la solution B mL par mL, effectuez à chaque fois une mesure
de conductivité, et entrez au clavier la volume de solution B
versé.
Une fois la manipulation terminée, affichez à l'écran la courbe donnant la conductivité en fonction du volume de solution B versé.
Commentez l'allure de cette courbe. Pouvez-vous expliquer les variations observées?
