Etude de La Tension Superficielle Des Solutions d

7/29/2019 Etude de La Tension Superficielle Des Solutions d

1/41

Etude de la tension superficielle des solutions d'lectrolytes enfonction de la concentration pression et temprature constantes

(cas de NaCl et KCl)I

EPIGRAPHE

La science commence par l'tonnement

ARISTOTE (Quid 2003)

Un rsultat scientifique est relatif parce qu'il exprime ce

que la science est en mesure d'affirmer un certain momentde son dveloppement, et par ce que ce rsultat peut toujourstre remplac

par un autre au fur et mesure de son dveloppement

K. POPPER, la science ouverte et ses ennemis, tome 2, p.151

Par Malala Ibakipuo jacques


(cas de NaCl et KCl)II

DEDICACE

A mon regrett pre MALALA RENE ;

A ma mre OKITHO ALLENTUM Germaine ;

A mon grand-frre Jean-Pierre MALALA et son pouseAgns MAKILA ;

A mon oncle ALLENTUM OLUEN et son pouse LOKOLOMarie Jeanne ;

A mon oncle paternel Ambroise MAYELE et son pouseALLENTUM Catherine ;

A mon vieux BABO BAMBOTE Martin ;

A mon regrett ami N'LUMBU ISIENUNU SIMON dit Doyen ; Ames neveux, nices, cousin(e)s, frres et soeurs ;

A ma postrit ;


2/41

Je ddie ce travail.


Etude de la tension superficielle des solutions d'lectrolytes en

fonction de la concentration pression et temprature constantes(cas de NaCl et KCl)

III

AVANT-PROPOS.

Au terme de ce travail, nous tenons remercier le professeurDocteur ILINGA LOPAKA Bernard, qui malgr ses multiplesoccupations bien voulu assurer la direction de

ce travail.

Nous exprimons notre gratitude au corps professoral de lafacult des sciences, chef des travaux et assistant,particulirement l'assistant NGOY BOKOLOMBELISAF'OOTSHI Pitshou pour les conseils et l'encadrement.

Nos sentiments de profonde gratitude s'adressent galementau personnel du laboratoire de chimie-physique et

d'cotoxicologie qui a bien voulu nous accorder le temps detravailler dans leur laboratoire.

Nous remercions aussi nos frres, soeurs et amis qui duranttout ce temps nous ont toujours soutenu de loin ou de prs l'laboration de ce travail : MALALA NORBERT, beau-frreDANIEL MAKILA, MALALA RENE, MALALA KASONGO AIME,MALALA AGATHE, ALLENTUM JUPILE, ALLENTUMTRESOR, ALLENTUM HARDIESSE, ALLENTUMCONSOLATION, ALLENTUM TENDRESSE, ALLENTUMALLEGRESSE, ALLENTUM BONTE, ENDURANCE NYOTA,TSHIENE MAYELE, OKITHO MAYELE, MAYELE MAKOLE,MAYELE MPIA, MAYELE DJERINDE, MAYELE MATONDO,TSHOMBE JONTE, TSHOMBE EVELYNE, TSHOMBEKUWANDE, TSHOMBE AGNES, TSHOMBE SYLVIE,TSHOMBE ANGELE, TSHOMBE IDA, TSHOMBE MADO,TSHOMBE LUFWA, TSHOMBE, MALALA ROSALIE, MALALASUZANNE, ALLENTUM DESIRE, ALLENTUM FRANCOIS,ALLENTUM LEMBERT, TOTY ONSENGE, ESTHER

BOWEYA WENDA, KONAS MUKUNA KANDA, KASANGANA


3/41

KALALA, MAMPASI MAVITU, Augustin MUDIMBA, LonOKITHO SHUNGU, l'Assistant ATIBU EMMANUEL.

Nos remerciements s'adressent aussi nos amis du royaumede dos courb et amis

de l'auditoire: SERGE NKASA, YOKO LIFAKE GAGA,DILUMUENE LIZADO, TSHEBWE KATENDE BILL, PASCALIPENGO PA-MPUTU, ITITE MAYO OMWI OLE BLAISE,TRESOR ILUNG-A-BUKAS, CLOCLO MUKUMADI, LUZITISALUFWA.

Nous tenons remercier aussi le professeur STANISLASPIETRZYK de l'universit de Lille pour sa contribution dans ce

travail.Par Malala Ibakipuo jacques


(cas de NaCl et KCl)IV

IERE PARTIE THEORIQUE

INTRODUCTION

PLAN DU TRAVAIL

CHAPITRE I. LES ELECTROLYTES I.1. DEFINITION

I.1.1. ELECTROLYTES FORTS I.1.2. ELECTROLYTESFAIBLES

I.3. PHENOMENE D'HYDRATATION I.4. L'ACTIVITE.

I.5. FORCE IONIQUE

I.6. SOLUTIONS D'ELECTROLYTES

I.6.1. PROPRIETES GENERALES DES SOLUTIONSD'ELECTROLYTES I.6.2. ECART AUX LOIS DE RAOULT

I.6.3.LES SOLUTIONS ELECTROLYTIQUES ET LECOURANT ELECTRIQUE I.6.4. NOTION DECONCENTRATION EQUIVALENTE


4/41

I.6.5. COEFFICIENT DE DISSOCIATION-OSMOLALITE ETOSMOLARITE D'UNE SOLUTION ELECTROLYTIQUE

CHAPITRE II. TENSION SUPERFICIELLE. II.1.INTRODUCTION

II.2. DEFINITION

II.3. LOIS GENERALES II.3.1. LOI DE LAPLACE. II.3.2. LOIDE YOUNG

II.4. PRINCIPAUX FACTEURS MODIFIANT TENSIONSUPERFICIELLE II.5. APPLICATION DE LA TENSIONSUPERFICIELLE.

1. LE COMPTE-GOUTTE

2. FLOTTAISON SUR L'EAU

3. COMPORTEMENT EN APESANTEUR

IIEME PARTIE : PRATIQUE

CHAPITRE.III. MESURE DE LA TENSION SUPERFICIELLE

III.1. INTRODUCTION

III.2. MESURE EXPERIMENTALE DE LA TENSIONSUPERFICIELLE III.3. MATERIELS ET REACTIFS

III.4. MODE OPERATOIRE

III.5. RESULTAT ET DISCUSSION CONCLUSION



(cas de NaCl et KCl)V

PREMIERE PARTIE


5/41

THEORIQUE

Par Malala Ibakipuo jacquesEtude de la tension superficielle des solutions d'lectrolytes enfonction de la concentration pression et temprature constantes

(cas de NaCl et KCl)1

INTRODUCTION.

Bon nombre d'tudes physico-chimiques relatives aux corpspurs, aux mlanges

ou solutions s'intressent aux proprits ayant cours au coeurde phase. Cependant, la surface mme d'un liquide prsenteun intrt particulier. D'aprs un bon nombre d'observation, elle

se comporte comme une membrane tire soumise unetension.

A l'intrieur d'un liquide comme sa surface[1], [2], lesmolcules exercent les unes sur les autres des forces

d'attractions. La molcule l'intrieur du liquide est en quilibregrce aux forces exerces sur elle dans toutes les directionspar les autres molcules.

Ce qui se trouve la surface est aussi en quilibre mme si lesseules forces qui agissent sur elle proviennent des molculessitues au-dessous d'elle (au mme niveau). Cette forced'attraction dirige vers le bas et tendant comprimerlgrement la couche de surface mais ceci seulement jusqu'un certain point puisque cette force vers le bas est

contrebalance par une autre (de rpulsion) agissant vers lehaut et de au contact troit (ou aux collisions) avec

les molcules situes sous sa surface. Aussi les proprits descouches superficielles d'une

substance se distinguent-elles toujours de celles de ses partiesinternes.

Lorsque la superficie d'un corps est peu importante, cette

influence se manifeste faiblement ; mais au fur et mesureque cette surface augmente par la suite d'une lvation du


6/41

degr de dispersion du corps (degr de fractionnement) ou del'accroissement de sa porosit, l'action des propritssuperficielles devient de plus en plus notable, elle estimportante lorsque le corps possde une surface trs

tendue[2].Il s'agit donc ici de phnomnes qui apparaissent la surfacede sparation entre deux phases (interface). Le rle desinterfaces est trs prpondrant et les applications desphnomnes interfaciaux se rencontrent dans des domainesvaris entre autres dans l'industrie alimentaire, industriecosmtique, industrie ptrolire, industrie agricole, industrie decolle, peinture, vernis et en mdecine...

Les travaux de N. Matubayasi et al [3] ont montrpremirement que : l'nergie libre de Helmoltz croitlinairement avec la concentration des lectrolytes. Lavariation d'entropie dcrot avec la concentration du sel dans lasolution ; et deuximement que : la tension superficielle del'eau augmente avec l'addition des sels inorganiques dansl'eau. ces travaux ont conclu que la force d'hydratation dcrotsignificativement du lithium au csium

en terme de chlorure.

Nous avons estim imprieux d'aborder le mme aspect maiscette fois-ci, en utilisant le NaCl

et le KCl en faisant varier la concentration et en utilisant lamthode de goutte tombante avec unepipettede Duclaux.

Notre travail nous l'avons divis en deux parties. La premirepartie a deux chapitres dont le premier traite l'aspect thoriquegnrale des lectrolytes. Le second parle de l'aspect gnral

et thorique de la tension superficielle. Et la dernire partie n'aqu'un seul chapitre, dans celui-ci nous avons parl desdiffrents procds de mesure de tension superficielle et avonsaussi mesur la tension superficielle de notre solutiond'lectrolyte de NaCl et de KCl et vient enfin la conclusionquiclturece travail.



fonction de la concentration pression et temprature constantes(cas de NaCl et KCl)2
http://www.malea-massage.com/pipette.htmlhttp://www.malea-massage.com/pipette.htmlhttp://www.malea-massage.com/pipette.htmlhttp://www.centrale-brico.com/cloture.htmlhttp://www.centrale-brico.com/cloture.htmlhttp://www.centrale-brico.com/cloture.htmlhttp://www.centrale-brico.com/cloture.htmlhttp://www.malea-massage.com/pipette.html


7/41

CHAPITRE I. LESELECTROLYTES

I.1. DEFINITION [4], [5].

L'lectrolyte est un compos qui donne des ions dans l'eau etcelui qui reste sous forme molculaire est un non-lectrolyte.Les solutions lectrolytes conduisent du courant lectrique.

Les acides, les bases et les sels sont dfinis comme tant deslectrolytes, des substances qui en solution dans l'eau,conduisent le courant lectrique. Le passage du courant tantd la prsence dans la solution, des particules chargesappeles ions. De plus, ces lectrolytes sont dcrits commetant forts ou faibles selon qu'ils sont compltement ioniss

ou partiellement ioniss en solution. Les lectrolytes fortsexistent en solution sous forme

d'ions seulement (cations, ions positifs et anions, ions ngatifs)

tandis que les lectrolytes faibles existent surtout sous formemolculaire

Il existe deux sortes d'lectrolytes : forts et faibles.

I.1.1. ELECTROLYTES FORTS [5]

Ce sont des substances qui dans l'eau se dissocientcompltement en ions. Les solutions rsultantes sont dessolutions ioniques qui conduisent fortement l'lectricit. Tel est

le cas de quelques lectrolytes :

Hcl(aq) H+(aq) + Cl-(aq) H2SO4(aq) 2H+(aq) + SO4-2(aq)HNO3(aq) H+(aq) + NO3-(aq) NaOH (s) Na+(aq) + OH-(aq)KOH (s) K+(aq) + OH-(aq)

LiOH (s) Li+ (aq) + OH-(aq)

I.1.2. ELECTROLYTES FAIBLES [5].


8/41

Ce sont des substances qui dans l'eau se dissocientpartiellement en ions. Les solutions rsultantes sont dessolutions ioniques qui conduisent faiblement de l'lectricit.

Exemples d'lectrolytes faibles.

CH3COOH H+(aq) + CH3COO-(aq) H2CO3(aq) H+(aq) +HCO3-(aq) H2SO4(aq) H+(aq) + HSO4-(aq) H3PO4(aq) H+(aq)+ H2PO4-(aq) HNO2(aq) H+(aq) + NO2-(aq) Al(OH)3(s)Al+3(aq) + 3OH-(aq)




Fe(OH)3(s) Fe+3(aq) + 3OH-(aq)

Mg(OH)2(s) Mg+2(aq) + 2OH-(aq)

L'eau est une substance qui ne conduit pratiquement pasl'lectricit. L'eau est un lectrolyte faible. Environ deuxmolcules sur un milliard se dissocient en ions H+ et ions OH-

Exprimentalement, on a trouv, 25C que l'eau se dissocie 1,8 x 10-7%, ce qui donne 1,0 x 10-7 d'ions H+ et 1,0 x 10-7 d'ions OH-.

[H+ ][OH- ]

Kc=

[H2 O]

(I.1)

La concentration de l'eau est tellement grande (55,6 mol/l)qu'une dissociation de

1,0 x 10-7 mole est ngligeable et la concentration de l'eau nevarie pas l'quilibre. Kc = [H+].[OH-]

Kc = (1,0 x 10-7) . (1,0 x 10-7)

I.3. PHENOMENE D'HYDRATATION [6].


9/41

Lorsqu'on dissout un solut dans l'eau, les molcules du solutse dispersent parmi celles du solvant. Ces dernires, suite leur polarit ( = 1,85 D) leur possibilit de former des liaisonshydrognes, peuvent ioniser les molcules du solut si elles ne

l'taient pas auparavant ; et aprs suite la constantedilectrique leve de l'eau ( = 78 25C), les molculesionises de solut peuvent tre dissocies, c'est--dire,spare en ions positifs appels cations et ngatifs dnommsanions. Ces ions sont gnralement solvats (hydrats) c'est--dire associes aux molcules de solvant.

L'ensemble d'interaction entre le solvant et le solut lors de ladissolution est appel phnomne de solvatation ouhydratation dans le cas des solutions aqueuses.

L'importance de la dissociation ionique dpend aussi de lanature du solvant : l'eau est un solvant dissociant, le benznepar exemple est un solvant peu dissociant ( = 2,3).Remarquons que la dissociation d'un lectrolyte faibleaugmente avec la dilution et avec la temprature.

I.4. L'ACTIVITE.

DEBYE et HCKEL[6] ont labor en 1923 une thorie del'attraction inter ionique destine interprter lecomportement des lectrolytes en solution et de rendre comptepar exemple des diffrences entre les prvisions de la loid'action de masses et les rsultats exprimentaux.



(cas de NaCl et KCl)4En fait, les ions en solutions ne sont pas totalementindpendants, mais exercent

les uns sur les autres une action distance suite l'attractioncoulombienne. Cette interaction

est d'autant plus forte que les ions sont plus rapprochs. C'est--dire que la concentration est leve. Aussi et principalement

dans une solution concentre, les lectrolytes se comportent ettout se passe comme si la concentration effective des ions


10/41

taient plus faible que la concentration analytique suite cesinteractions. D'o on a introduit le terme activit, dsign par lalettre a, pour reprsenter cette concentration effective desions.

Ainsi par exemple, tant que la concentration ionique totale dela solution est infrieure 10-3 M ; la mesure de la constanted'quilibre est correctement donne par l'utilisation desconcentrations (molaires). Mais en solution plus concentre, laloi d'action de masse doit, en principe tre exprime enfonction des activits.

On considre que l'activit diffre de la concentration par unfacteur de correction que l'on appelle coefficient d'activit f. On

a donc :

a = f.c (I.2)

le coefficient d'activit tend vers un et l'activit vers laconcentration pour des solutions suffisamment dilues.

I.5. FORCE IONIQUE.

Comme l'cart entre la concentration effective et laconcentration analytique est de des interactionsCoulombiennes. Il sera d'autant plus grand qu'il y aura d'ionsen solutions et que leur charge sera plus grande. Aussi on adfini une grandeur caractristique d'une solution et quidpendrait justement de ces facteurs savoir le nombre d'ionsprsents

et leur charge[6]. Cette grandeur porte le nom de force ioniqued'une solution. Elle est

dsigne par la lettre I et est calcule par la formule :

1 n

2

I= ? Z i Ci

(I.3)

2i=1


11/41

O Zi est la charge de l'ion et C i sa concentration molaire.

Si l'on se place une chelle submicroscopique (de l'ordre dela dimension des ions), la rpartition uniforme etl'lectroneutralit des solutions ne sont plus respects : par

exemple, au voisinage d'un ion positif, il y a en moyennedavantage d'ions ngatifs que d'ions positifs, en vertu de la loiCoulombienne. On peut dire qu'un ion positif est entour d'uneatmosphre ionique ou lectrique, l'ion central et sonatmosphre ionique o prdominent les ions ngatifs etrciproquement. Sous l'action d'un champ lectrique, l'ioncentral et son atmosphre sont attirs en sens inverse, et oncomprend que plus la concentration est grande plus cette miseen mouvement est difficile.




Autrement dit, ces interactions lectrostatiques empchent lasolution d'tre

idales, et mme pour des concentrations trs faibles sonactivit est diffrente de sa concentration. L'activit d'unesolution d'lectrolyte a la mme dfinition que pour unesolution neutre : c'est la concentration d'une solution idale quidonnerait effet osmotique ou cryoscopique.

DEBYE et HCKEL[7],, en posant l'hypothse que l'cart estd exclusivement aux effets lectrostatiques ( ceci n'estqu'approch, il faut remplacer exclusivement par

essentiellement ), on russit calculer les coefficientsd'activit et les mobilits d'ions. Leurs rsultats concordentavec l'exprience pour des solutions dilues. Ils ont trouv enparticulier pour les lectrolytes forts ( = 1) ; la relation :

= 0 - b C

(I.4)

L'expression qu'ils donnent du coefficient d'activit d'un ion iest de la forme :


12/41

Logi

= - AZ2 I

(I.5)

i

1 + I

O A et sont des quantits dcroissantes de la solution, deconcentration molaire

(Ci) et de la valence Zi ( en se rfrant la formule I.5), cetteformule montre bien que l'activit d'un ion dpend de tous lesautres ions contenues dans la solution, ce qui est naturelpuisque tous les ions ont des interactions lectrostatiques avecl'ion considr.

Dans le cas o I est trs petit, de telle sorte que

Isoit ngligeable devant 1,

c'est--dire en pratique pour I de l'ordre de 10-3 au plus, laformule prcdente se simplifie, donne tous calculs faits, latemprature ordinaire :

10 i

Logi= -0,5Z2 I

(I.6)

La thorie de DEBYE et HCKEL n'est valable que pour lessolutions dilues. On

voit d'ailleurs que la formule (I.3) ne donne que des valeurs deinfrieure 1, alors exprimentalement peut prendre desvaleurs suprieures l'unit pour des solutions concentres.Dans ce cas, les formules sont plus compliques et ne sontd'ailleurs qu'empiriques : aucune thorie complte n'a tpropose.

Il convient de faire remarquer que la thorie de DEBYE et

HCKEL donne les coefficients d'activit pour chaque ion. Ilest facile d'en dduire celui d'lectrolytes pris dans son


13/41

ensemble : c'est ce dernier coefficient qui est accessible l'exprience, par cryoscopie,

par exemple. SiA et C sont les coefficients de l'anion et du cation d'un lectrolyte binaire, le

coefficient de l'lectrolyte est tel que :




A C

2 =

(I.7)

I.6. SOLUTIONS D'ELECTROLYTES.

I.6.1. PROPRIETES GENERALES DES SOLUTIONSD'ELECTROLYTES[7].

Les solutions lectrolytiques, solutions de sels, de bases etacides, sont caractrises par deux proprits essentielles, quiles sparent des autres solutions :

a. elles n'obissent pas aux lois de RAOULT et de VAN'THOFF ;

b. elles conduisent le courant lectriques.

I.6.2. ECART AUX LOIS DE RAOULT

Si l'on tudie la variation cryoscopique () en fonction de laconcentration molaire m, on trouve le rsultat schmatis parla figure 1, et on constate que les courbes sont situesbeaucoup plus bas que celle qui correspond une solution demolcules neutres, et que l'extrapolation concentration nulleaboutit des points dont l'ordonne est double, triple...

du rsultat thorique[7].

-


14/41

degr par mole

m

3x1,86

BaCl2

2x1,86

KCl

1,86

MgSO4

Courbe thorique

m= c(nombre de mole)

M(1l de solvant)

Figure 1.

Ce rsultat est facile interprter, si l'on veut bien se souvenirque les lois de RAOULT comptent les particules dissoutes. Ces

carts prouvent qu'il y a davantage de particules que prvu, etqu' la limite le nombre thorique de molcules est multiplipar un nombre entier.




L'cart aux lois de RAOULT suggre donc que trs fortementles molcules

dissoutes se dissocient en un nombre entier des particules pluspetites qu'on appelle des ions (

en deux particules de KCl, en trois pour BaCl2, etc.).

Une autre constatation importante est que, mme concentration trs faible, les solutions lectrolytiques sont trs

loin de l'idalit : en effet, contrairement au sucre par exemple,la courbe ne tend pas vers une horizontale quand m tend vers


15/41

zro. Il faudra donc expliquer le fait que, mme infinimentdilues, les solutions lectrolytiques ne sont pas idales.

I.6.3.LES SOLUTIONS ELECTROLYTIQUES ET LE

COURANT ELECTRIQUE[7].

L'eau pure a une rsistivit trs leve, de l'ordre de 2000 .m.Ds qu'on y dissout des quantits, mme trs faibles, de sel,d'acide ou de base, la rsistivit chute de faon considrable :pour une concentration molaire de 10-3, une solution de KCl aune rsistivit de 78,5 .m. Celle-ci tombe 0,1 .m pour uneconcentration de 1 molale. nous pouvons considrer du moinsl'eau pure comme un isolant.

Cette proprit de conductivit lectrique indique que lesproduits de dissociation des molcules dissoutes sontcharges lectriquement.

Si l'on soumet le solut un champ lectrique, ces ions sedplacent parmi les molcules d'eau. Ils peuvent tre recueilliau niveau des lectrodes (lectrolyses).

On peut donc poser comme certain qu'au cours de ladissolution, les lectrolytes se dissocient totalement oupartiellement en ions, particules charges les unespositivement et les autres ngativement (anions).

Comme chaque molcule avant sa dissociation estlectriquement neutre, la charge positive porte par les cationsou les ions auxquels elle donne naissance est gale moins envaleurs absolue moins la charge porte par les cations. Lescations et anions se repartissent uniformment dans lasolution, de telle sorte que si l'on considre un volume

suffisamment grand de solution, la charge positive totale descations est gale ( en valeur absolue) la charge ngativetotale des anions. Cette loi, dite loi d'lectroneutralit, est uneproprit fondamentale de toute solution lectrolytique, l'chelle macroscopique du moins.

Exemple de dissociation lectrolytique

KCl K+ + Cl-

NaOH Na+

+ OH-


16/41

3

Ca(NO3) Ca+2 + 2NO -




I.6.4. NOTION DE CONCENTRATION EQUIVALENTE[7].

Les quantits d'ions prsents dans une solutions ne

s'expriment pas en ion-gramme, mais en quivalent-gramme.Un quivalent-gramme ou Faraday d'un ion est la quantit decet ion qui transporte une charge gale un lectron-gramme ouFaraday ( en valeur absolue). Ainsi un ion-gramme de Na+, deca+2, de Al+3 reprsente respectivement 1, 2, 3 quivalents-grammes de cations que d'anions, puis qu'elle estlectriquement neutre.

La concentration d'un ion donn exprime en quivalent-gramme par litre s'appelle concentration quivalente. Par

extension, on parle galement de la concentration quivalented'un lectrolyte : c'est celle de chacun des ions auxquels ildonnerait naissance s'il tait compltement dissoci. Ainsi unesolution molaire de CaCl2 a une concentration quivalentegale deux quivalents par litre. Nous dsignerons laconcentration quivalente par C. Si chaque molcule d'unlectrolyte donne naissance nc cations de valence Zc ( et na anions de valence Za), et si cet lectrolyte a une molarit m,la concentration quivalente C de

cet lectrolyte est :

C = m.na.Za = m.nc.Zc (I.8)

La structure des lectrolytes et de l'eau l'tat solide permetde comprendre leurs diffrences de rsistivit l'tat liquide.La glace est un cristal molculaire qui se liqufie en restant l'tat molculaire. Chaque molcule tant neutre, l'eau estisolante. Certains lectrolytes sont des cristaux ioniques (KCl

par exemple) et quand ils passent l'tat liquide fondu ou


17/41

dissous, ils sont conducteurs : les ions se sparent les uns lesautres (dissociations totales).

D'autres lectrolytes sont des cristaux caractre ioniquepartielle, c'est--dire les liaisons sont hybrides de liaisonatomique et de liaison ionique. A l'tat pur et liquide, ils sontpeu conducteurs (dissociations partielle), mais le deviennentfortement quand ils sont dissout dans l'eau (dissociationpresque totale) : tel est le cas de HCl. L'acide actique parcontre qui possde une liaison caractre plus fortementcovalentiel, ne se dissocie que faiblement, mme dans l'eau.

KI

solideDissociation du cristal

Endothermique + 5 Kcal

K+(hydrat)

I-(hydrat)

Destruction du cristalEndoenergetique + 148 Kcal

Solvatation des ions

Exoenergetique + 143 Kcal

K++ I-




La dissociation des lectrolytes temprature ordinaires'explique par la forte

constante dilectrique de l'eau, lie son caractre trsfortement polaire. Dans l'eau, en effet, les forceslectrostatiques qui assurent la cohsion des cristaux ioniques


18/41

sont considrablement diminues (mais elles ne sont pasannules).

Dans un solvant faible constante dilectrique, l'attraction ion-solvant est trs petite, en raison du faible caractre de cedernier ; par suite, l'nergie de solvatation est trs petite et tout fait insuffisante pour compenser l'nergie de liaison du cristal: la dissolution

ne peut avoir lieu. Effectivement, les sels sont insolubles dansles solvants organiques sans caractre polaire tel que lebenzne. Ils le sont par contre un peu dans l'alcool thylique.

I.6.5. COEFFICIENT DE DISSOCIATION-

OSMOLALITE ET OSMOLARITE D'UNE SOLUTIONELECTROLYTIQUE [7].

Les lectrolytes peuvent tre partiellement ou totalementdissocis. Le paramtre

est la proportion des molcules dissocies, on l'appellecoefficient de dissociation.

Soit un lectrolyte de molalit m, appelons p le nombre d'ions

que forme une molcule dissocie. Calculons le nombre totalde particules dissoutes.

Nombre total de particules = nombres de molcules neutres +nombres d'ions

Nombre total de particules = m(1-) + mp

Nombre total de particules = m[(1+(p-1)]




CHAPITRE II. TENSION

SUPERFICIELLE.


19/41

II.1. INTRODUCTION.

Soit un systme comprenant deux phases et , il existe unesurface qui spare

ces deux phases. Cette surface est habituellement appeleinterface si et sont deux phases condenses et simplementsurface si est une phase condense, liquide ou solide, et ungaz[7].

Dans le cas le plus simple d'un liquide et de sa vapeur, il fautremarquer que, s'il s'agit des molcules, celles-ci la surfacene sont pas dans le mme tat nergtique qu'elles sont dansla masse du liquide. En effet, les interactions, dans la massedu liquide, ne s'exercent que dans la moiti de l'espace pourles molcules de surface.

En gnral il faut fournir de l'nergie pour augmenter la surfaced'un systme c'est--dire augmenter le nombre des molculesdans la masse, c'est dire que les molcules de surfacepossdent une nergie moyenne suprieure l'nergiemoyenne des molcules dans la masse, cette diffrenced'nergie correspond aux liaisons intermolculaires rompues

lors du passage des molcules de la masse la surface.Comme on a un systme l'quilibre correspond une nergieminimale, un systme isol aura tendance adopter uneconfiguration dont l'aire de la surface sera minimale[8].

II.2. DEFINITION [9], [10]

La tension superficielle est une force rsultante de la cohsion,qui abaisse au minimum le nombre de molcules la surface

d'un liquide. Cela cre une sorte d'enveloppe invisible quioccupe la plus petite surface possible. La tension superficiellereprsente la force

de la pellicule de la surface du liquide[9].

De la diffrence des interactions entre atomes ou molculesqui s'exercent au niveau d'une interface rsulte une forceappele tension interfaciale . La tension interfaciale

s'exerce paralllement la surface et s'oppose l'accroissement de celle-ci. Le nom tension


20/41

superficielle est rserv au cas o les deux phases enprsence sont un liquide et l'autre un gaz.

L'enthalpie libre d'un tel systme doit faire intervenir le travailcorrespondant la tension interfaciale. Ce travail estproportionnel la variation de surface puisque cette variationde surface est elle-mme proportionnelle au nombre demolcules ou atomes qui quittent la masse pour venir lasurface.

s'crire :

Dans ces conditions, l'expression diffrentielle de l'enthalpielibre du systme peut




dG = - SdT + VdP + dA (II.1)

o :

S est l'entropie

T est la temprature absolue

V est le volume

P est la pression

est la tension interfaciale ou la tension superficielle

A l'aire de l'interface ou de la surface

Puisque dG est une diffrentielle totale, on peut crire :

? ?

= ?

dG

?


21/41

? dA ?T P

(II.2)

Cette quantit se dfinit aussi comme la force F par unit de

longueur L agissant

le long de n'importe quel contour de la surface d'un liquide ettendant le resserrer.

= F

L

(II.3)

Lorsqu'on augmente la longueur du contour de la surface,celle-ci gale 2L, la

tension superficielle devient :

= F

2L

(II.4)UNITE.

La tension interfacielle ou la tension superficielle s'exprime enJ/m. comme les rsultats sont souvent donnes en erg/cm onnotera que 1 erg/cm = 1 mJ/m. naturellement

on peut encore exprimer en mN/m (milli newton par mtre)c'est--dire force divise par

une longueur. Souvent aussi on utilise en CGS :

1 dyne/cm = 1N/m

Pour beaucoup de liquides la temprature ordinaire estcomprise entre 15 et 50 mJ/m et pour l'eau elle vaut 73 mJ/m; cette valeur leve rsultant de l'importance des liaisonshydrognes existant entre molcules.



22/41



II.3. LOIS GENERALES .

II.3.1. LOI DE LAPLACE.

C'est une quation importante impliquant la tension de surface(ou la tension interfaciale). Elle exprime la diminution de lapression de part et d'autre d'une surface courbe

en fonction des principaux rayons de courbure. En effet,

partir d'une bulle de gaz sphrique

(ou gouttelette sphrique) de rayon r dans un liquide,LAPLACE fait correspondre un certain travail de la pressionextrieure Pext et la tension superficielle par ce qu'unecontraction entrane une diminution d'nergie de surface, l'quilibre. Cette tendance la contraction est quilibre parune augmentation de la pression (surpression P) dans lagoutte. La condition

de ralisation de cet quilibre est que l'nergie totale dusystme soit minimale. Aussi la variation de la pression est:

? 1 1 ?

P= Pint - Pext

= ? + ?

(II.5)

? r1

r2 ?

C'est l'quation de LAPLACE. Il est opportun de signaler qu'enabsence de force

gravitationnelle, une goutte est sphrique[10].. C'est cetteforme qui correspond au minimum


23/41

de la surface et partant l'nergie libre minimale de surface.Dans ces conditions r1 et r2 sont gaux et l'expression prend laforme suivante :

P= Pint - Pext= 2

r

(II.6)

Ce rsultat n'est valable que pour les interfaces gaz-liquide,liquide-liquide et une

surface sphrique

II.3.2. LOI DE YOUNG.

Lorsqu'on verse une quantit de liquide sur un solide, deuxpossibilits existent. Si

les forces de cohsion du liquide sont plus grandes que lesforces attractives du solide, le liquide ne s'tale pas. Dans lecas contraire le liquide s'tale sur le solide ; on dit qu'il mouille

le solide. En fait l'talement du liquide dpend des interfacesliquide-liquide (LL), liquide-solide (LS), et solide-gaz (SG) [10].

Les figures 1 et 2 donnent la reprsentation vectorielle destensions interfaciales conditionnant l'quilibre.



(cas de NaCl et KCl)13LG

Goutte

SG

M SL

SG

M SL


24/41

Fig.1. fig.2.

A l'quilibre, au point M commun aux trois phases, les troisforces diriges tangentiellement doivent s'annuler. Il en est demme de leur projection sur un axe passant par le plan de lasurface suppose plane de solide. On a l'quilibre :

SG=

LGCos+

SL

(II.7)

C'est la loi de Young.

La valeur de Cos donc de renseigne sur les propritsmouillantes du liquide.

verre.

Si 0 < < 90 le liquide mouille le solide, c'est le cas de l'eausur le verre.

Si 90 < < 180 le liquide ne mouille pas le solide, c'est le casdu mercure sur le

II.4. PRINCIPAUX FACTEURS MODIFIANTTENSION SUPERFICIELLE [10].

Dans le cas d'un liquide deux facteurs peuvent modifier latension superficielle ; il s'agit de la temprature et de lacomposition de surface. Dans le cas d'un solide s'ajoutel'orientation cristalline. En effet, le nombre des liaisonsrompues autour par exemple d'un atome, est fonction del'arrangement cristallin au niveau de la face naturelle

considre.

En gnral, l'lvation de la temprature diminue la tensionsuperficielle puisqu'il

y a diminution des forces intermolculaires. L'quationempirique suivante donne avec prcision la variation de avec latemprature T pour beaucoup de liquide :

11

= 0 (1 - Tc) 9


25/41

(II.8)

O 0 est un paramtre empirique caractristique du liquide considr et Tc la

temprature critique de la substance considre pour laquelle

la tension superficielle est nulle puisqu'il n'existe plus qu'unephase, l'interface liquide-vapeur disparaissant.




Le changement de la composition de surface modifie la tension

superficielle,

principalement en milieu aqueux. Les substances utilisesdans ce but portent le nom de tensio-actifs et diminuent latension superficielle peut tre augmente par apport des selsionisables. La plupart de ses composs modifient aussi lePH de la solution.

II.5. APPLICATION DE LA TENSION

SUPERFICIELLE.

1. LE COMPTE-GOUTTE [10].

Cet instrument utilis pour dlivrer une quantit prdterminedu liquide, pour une modification ou pour un titrage en chimie,illustre la force associe la tension superficielle de ce liquide.En effet, une goutte de liquide qui mouille le tube du compte-goutte de liquide ne tombera par orifice circulaire que si elle

assez pesante pour vaincre la force de tension superficielle, ce moment, on peut crire la relation suivante :

P= 2R

(II.9)

m.g= 2R

(II.10)

O


26/41

R est le rayon de l'extrmit du compte-goutte

est la tension superficielle du liquide m est la masse de lagoutte

La relation liant m s, on utilisera donc pas le mme compte-goutte pour dlivrer

des mdicaments diffrents.

2. FLOTTAISON SUR L'EAU [10].

Il n'est pas trs difficile de faire flotter une lame de rasoir lasurface d'un verre d'eau. L'objet reste aussi en quilibre,

comme s'il reposait sur une membrane lastique : cette

lasticit est en effet l'illustration de la tension superficiellede l'interface air-eau. Si l'on dpos une microgoutte d'unagent tensio-actif dans ce verre d'eau, la lame de rasoir vaaussi sombrer : la tension superficielle de l'eau a t diminutrs sensiblement.

On explique de la mme faon que certains insectes peuvent marcher la surface

de l'eau . la tension superficielle est suffisante par rapport aupoids de l'insecte pour ne pas mouiller les pattes de l'insecte(angle de contact proche de 180) et empchent leurimmersion.

3. COMPORTEMENT EN APESANTEUR [11]

La tension superficielle est aussi importante en apesanteur ;

ainsi, lors d'un vol dans l'espace, les liquides ne peuvent pastre stocks dans des conteneurs ouverts car ils tendraient en suivre les parois.





27/41

IIme PARTIE

PRATIQUE




CHAPITRE.III. MESURE DELA TENSION SUPERFICIELLE

III.1. INTRODUCTION [10], [12], 13].

Il y a plusieurs mthodes qui nous permettent la mesure de

tension superficielle des liquides et de la tension interfacialedes interfaces liquide-liquide. Nous citerosns parmi cesmthodes : la mthode de la lame de wilhemy, la methode del'anneau du noy, la methode de la force de traction maximale,la methode de la goutte tournante, la mthode de la pressionde la bulle .

Et enfin la mthode de poids de goutte ou la mthode de lagoutte tombante qui sera la base de notre travail. C'estpourquoi nous utilisons la mthode du poids de goutte. Cette

mthode, tablit par HARKINS et BROWN consiste dterminer le volume de liquide qui s'coule lorsqu'un certainnombre des gouttes se dtachent de l'extrmit calibre d'unepipette. On en dduit le volume V et la masse m est gale V.pour une goutte, tant la densit du liquide.

Or le poids d'une goutte est fonction du diamtre de l'extrmitde la pipette et de

la tension superficielle du liquide. Ainsi r etant le rayon de cette

extrmit, la tension de Tate donne :


28/41

2 . =V..g= m.g

(III.1)

HARKINS et BROWN font remarquer que la loi de Tate ne tientpas compte du

fait que le poids d'une goutte est aussi fonction de sa forme.Cette forme est son tour

1

fonction du rapport entre une certaine dimension linaire duvolume de la goutte note

V3 .

? ?

? r?

Ainsi, la relation de Tate est corrige d'un facteur ? 1 ? etl'expression (III.1) prend la

? ?

forme suivante :

? V3 ?

? ?

? r?

mg= 2 r? 1 ?

(III.2)

? ?

? V3 ?

Ce qui donne pour la tension superficielle la relation suivante :

=

mg


29/41

(III.3)

? 1 ?

2. . .r?V3 ?

? ?

? ?




? ?

? r?

ces auteurs ont tabli un tableau donnant les valeurs de enfonction du rapport ? 1 ? et

? ?

? V3

?

montr le domaine de fiabilit des rsultats exprimentaux. Cedomaine varie de 0,6 1,2.

WILKINSON a apport des amliorations dans la technique dela mesure du volume de la goutte (ou poids de la goutte) pourla mesure des tensions superficielles et interfaciales . Ondfinit la constante capillaire a par l'quation suivante :

1

? 2. ? 2

a= ? ?

? g?

(III.4)

o :


30/41

: la tension de surface de liquide

: la diffrence des densits entre le liquide et l'air sec

g : la valeur locale de l'acclration de la gravit

Le calcul de la tension superficielle () est base sur la relationentre

R R

1

et .

aV3

O R est le rayon extrieur l'extrmit de la pipette demesure et V est le volume moyen de

la pipette.

Le mrite de WILKINSON est d'avoir tabli un tableau des

valeurs de

0,06 et 1,049.

R

1

comprise entre

V3

La mesure de la tension superficielle est simple et comprendtrois tapes :

1

1. on calcule Rpuis l'on dtermine dans le tableau la valeurcorrespondante de R

a

V3


31/41

2. on calcule alors la constante capillaire a, connaissant lavaleur de R

3. on calcule la tension superficielle tire de (III.4)

g.a2

=

2




III.2. MESURE EXPERIMENTALE DE LATENSION SUPERFICIELLE [14]

Pour mesurer la tension superficielle de nos chantillons, nousavons utilis la mthode de la goutte tombante, pour ce faire,nous nous sommes servis de la pipette de Duclaux. Le principede la mesure repose sur le comptage de nombre des gouttes

pousant un volume dtermin de l'eau de densit d latemprature ambiante.

La tension superficielle par cette mthode est donne par larelation :

= 0

n0 d n

(III.5)

o :

: tensions superficielle

0 : tensions superficielle de l'eau la temprature ambiante (72,6 dynes/cm)

n : le nombre de goutte de la solution saline n0 : le nombre de

goutte d'eau


32/41

d : densit du liquide la temprature ambiante

deviendra :

Notre relation (III.1) qui nous sert de base de calcul de latensions superficielle

n0

(T- P)

= 0

o :

n(V- P)

(III.6)

: tensions superficielle

0 : tensions superficielle de l'eau la temprature ambiante (72,6 dynes/cm)

n : le nombre de goutte de la solution saline n0 : le nombre de

goutte d'eau

T : la masse de la solution saline

P : la masse du pycnomtre vide

V : la masse du pycnomtre rempli d'eau




III.3. MATERIELS ET REACTIFS [14]

- La pipette de Duclaux

- Un bcher de 100 ml

- Deux statifs


33/41

- Balance du type SARTORIUS

- Pycnomtre

- Nacl pour analyse

- KCl

- Burette 50 ml

Fig.1. pipette de Duclaux




III.4. MODE OPERATOIRE.

Fixer la pipette de Duclaux sur le statif et placer un bcher endessous de l'appareil pour recueillir les gouttes formes.Lorsqu'on va commencer l'goutter, verser pralablementdans la pipette de Duclaux pralablement lave et rince

l'eau distille, un certain volume du liquide. Le volume duliquide doit dpasser de quelque centimtre le trait suprieurde l'appareil. le comptage du nombre de goutte dbute lorsquele mnisque du liquide atteint lgrement le trait suprieur. Lavitesse d'gouttage du liquide doit se faire telle manire queles gouttes aient le temps de se former avant de tomber. Lerglage de la vitesse

se fait l'aide de pince de Mohr. On utilisera le volume au-

dessus du trait suprieur, compterle nombre de goutte (n) du liquide et le courant d'air doit trevit lors du comptage de goutte[12].

III.5. RESULTAT ET DISCUSSION

Le tableau ci-dessous nous donne les masses de nosdiffrents chantillons, les concentrations en g/l et les tensions

superficielles correspondantes de NaCl


34/41

Tableau I. les diffrentes masses, concentrations et tensionssuperficielles de NaCl

Masse du sel en g C en g/l Tension superficielle en dyne/cm 27c

0,9623 41,8391304 73,1067588

1,6972 56,5733333 73,9786547

2,6474 64,5707317 74,6750943

2,6888 64,7903614 74,8563409

3,2444 72,0977778 74,4953288

Graphique I. exprimant la tension superficielle de NaCl en

fonction de la concentration en g/l

Graphique exprimant la tension superficielle de NaCl endyne/cm en fonction de la

concentration en g/l

75,5

75

74,5

74

73,5

73

72,5

72

41,8391304 56,5733333 64,5707317 64,7903614 72,0977778

concentration en g/l





35/41

Le tableau ci-dessous nous donne les masses de nosdiffrents chantillons, les concentrations

en g/l et les tensions superficielles correspondantes de KCl

Tableau II. les diffrentes masses, concentrations et tensionssuperficielles de KCl

masse du sel en g C en g/l Tension superficielle dyne/cm 27c

0,6162 51,35 72,95796419

0,804 47,29411765 73,28733214

1,5947 83,93157895 74,08287829

1,9788 141,3428571 74,03494084

2,4132 67,03333333 74,43769618

Graphique II. exprimant la tension superficielle de KCl enfonction de la concentration en g/l

Graphique exprimant la variation de la tensionsuperficielle en dyne/cm

de KCl en fonction de la concentration

75

74,5

74

73,5

73

72,5

72

51,35 61,84615385 113,9071429 131,92 141,9529412

Concentration en g/l

Les rsultats des diffrentes mesures des tensionssuperficielles des lectrolytes


36/41

que nous avons utiliss notamment le KCl et NaCl consignsdans les tableaux I et II montrent que ; cette grandeur physico-chimique croit avec la concentration et ce qui signifiel'augmentation de surface de tension (interface) quand on

ajoute les sels inorganiques dans l'eau. en comparantl'volution de deux lectrolytes ; on remarque le KCl fait variersensiblement la tension superficielle que le NaCl bien que nousn'avons pas utilis les mmes masses mais ceci se faitremarquer aux dernires valeurs de deux tableaux. Cecicorrobore avec les rsultats de Matubayasi et al qui conclutque la force d'hydratation dcrot du lithium

au csium et donc elle est plus importante dans le Na quedans le K




CONCLUSION

Dans notre tude, nous avons effectu la pese pourdterminer la masse de nos diffrents chantillons (NaCl etKCl). Nos chantillons de NaCl et KCl sont l'tat solide. Nousavons utilis le NaCl pour analyse et KCl pur. Le NaCl et KClont t dissout dans l'eau pour nous permettre de calculer ladensit de la solution qui nous sera utile dans la mesure de

la tension superficielle.

La tension superficielle de l'eau 27C est de 72,6 dynes/cm,lorsque les quantits diffrentes quantits diffrentes de sel(NaCL et KCl) sont ajoutes ; elles modifient sensiblement latension superficielle de l'eau. Cette variation de la tensionsuperficielle est fortement dpendante de la densit de lasolution.

A la lumire des rsultats obtenus, nous avons observ que lavariation de la concentration nous a permis d'obtenir diffrentes

valeurs de tension superficielle qui taient diffrentes les unesdes autres.


37/41

L'oeuvre humaine tant imparfaite, nous sommes ouverts toutes critiques et suggestions.




BIBLIOGRAPHIE

N NOM OUVRAGES

1. C. MULENGA MBOMBO : Cours de chimie collodale etchimie de

surface, 2me licence, unikin, indit2001-

2002

2. ILINGA LOPAKA Bernard : Cours de phnomnessuperficiels, 2me

licence chimie, 2004-2005

3. Journal of colloid and interface science 209, 398-409

4. www.geocities.com/capecanaveral/9305/acides.htm

5. www.er.uqam.ca/nobel/r31250/CHI1512/EXP3_ion.htm

6. NOKI VESITULUTA : Chimie inorganique, note de cours,

premier graduat, 2003-2004

7. F.GREMY et F. LETTERIER : Biophysique gnrale tome 1,physico-

chimie, biologie et mdicale

lectrophysiologie-acoustique, 2me d.

20. rue de vaugiraud, 75006, paris 1975


38/41

France.

8. KASANGA LENGWE : Memoire unikin, 1997

9. www.ceramicstoday.com/articles/surface-tension-french.html

10. RICHARD WEMBONYAMA OLELA : Travail de fin decycle, unikin, 2001-

2002

11. MICROSOFT ENCARTA 2005

12. MALONDA MAVUNGU Roger : Memoire unikin, 2001-2002

13. www.kibron.com/fr/science

14. NGOY BOLOKOMBE LISAFOO'TSHI Pitshou

: Memoire unikin, p.32-33, 2001-2002




TABLE DES MATIERES.

EPIGRAPHE............................................................................................................................... IDEDICACE................................................................................................................................II AVANT-PROPOS......................................................................................................

............. III IIEME PARTIE : PRATIQUE

............................................................................................. IVINTRODUCTION...................................................................................................................... 1

CHAPITRE I. LES ELECTROLYTES..................................................................................... 2

I.1. DEFINITION................................................................................................................... 2


39/41

I.1.1. ELECTROLYTESFORTS.......................................................................................2

I.1.2. ELECTROLYTES FAIBLES................................................................................... 2

I.3. PHENOMENED'HYDRATATION............................................................................... 3

I.4. L'ACTIVITE................................................................................................................... 3

I.5. FORCE IONIQUE........................................................................................................... 4

I.6. SOLUTIONSD'ELECTROLYTES................................................................................ 6

I.6.1. PROPRIETES GENERALES DES SOLUTIONS

D'ELECTROLYTES. ............. 6

I.6.2. ECART AUX LOIS DE RAOULT.......................................................................... 6

I.6.3.LES SOLUTIONS ELECTROLYTIQUES ET LECOURANT ELECTRIQUE. .... 7

I.6.4. NOTION DE CONCENTRATION EQUIVALENTE............................................. 8

I.6.5. COEFFICIENT DE DISSOCIATION-OSMOLALITE ETOSMOLARITE

D'UNE SOLUTION ELECTROLYTIQUE...................................................................... 9

CHAPITRE II. TENSION SUPERFICIELLE......................................................................... 10


40/41

II.1. INTRODUCTION........................................................................................................ 10

II.2.DEFINITION................................................................................................................ 10

II.3. LOIS GENERALES ....................................................................................................12

II.3.1. LOI DE LAPLACE............................................................................................... 12

II.3.2. LOI DE YOUNG...................................................................................................12

II.4. PRINCIPAUX FACTEURS MODIFIANT TENSIONSUPERFICIELLE. ............... 13

II.5. APPLICATION DE LA TENSION SUPERFICIELLE.............................................. 14

1. LE COMPTE-GOUTTE.............................................................................................. 14

2. FLOTTAISON SUR L'EAU....................................................................................... 14

3. COMPORTEMENT EN APESANTEUR................................................................... 14

CHAPITRE.III. MESURE DE LA TENSIONSUPERFICIELLE.......................................... 16

III.1.INTRODUCTION....................................................................................................... 16

III.2. MESURE EXPERIMENTALE DE LA TENSIONSUPERFICIELLE ..................... 18


41/41

III.3. MATERIELS ETREACTIFS..................................................................................... 19

III.4. MODE OPERATOIRE............................................................................................... 20

III.5. RESULTAT ET DISCUSSION.................................................................................. 20

CONCLUSION........................................................................................................................ 22


Documents

Etude de La Tension Superficielle Des Solutions d