Fiche  TP                                                                                                                                                                               Lefèvre  2014-­‐2015  

CONDUCTIMETRIE  Une  solution  qui  contient  des  ions  est  appelée  solution  électrolytique  et  conduit  le  courant  électrique.  Les  porteurs  de  charges   sont   les   ions.   La   conductimétrie  est   l’étude  de   la   conduction  des  électrolytes.  Pour   cela,  on  utilise  un  conductimètre  et  une  cellule  de  conductimétrie.    

1. CONDUCTIVITE  D’UNE  SOLUTION  ELECTROLYTIQUE    La   conductivité   d’une   solution   traduit   son   aptitude   à   conduire   le   courant   électrique  :   plus   la   conductivité   d’une  solution  est  grande,  moins  sa  résistance  sera  élevée.    Soit   une   solution   ionique   suffisamment   diluée   (c<10-­‐2mol.L-­‐1)   contenant   des   ions   Bi

zi   +,   de   conductivité   molaire  ionique  limite  λ°(Bi

zi  +)  à  la  concentration  [Bizi  +]  ;  la  conductivité  de  la  solution,    notée  σ,  est  donnée  par  la  formule  :    

𝜎 = λ° !!!!  ! . B!!!  !                

σ  en  𝐒.𝐦!𝟏

λ° B!!"  ! en  S.m!.mol!!

B!!!  !  en  mol.m!!!

 

 • La  somme  porte  sur  toutes  les  espèces  ioniques  présentes  dans  la  solution  • λ°(Bi

zi+)  est   la  conductivité  molaire   ionique   limite  de   l’ion  Bizi+.  Cette  valeur  dépend  de   l’espèce  Bi

zi   +,  de   la  température  et  du  solvant.  

 Remarque  1  :  parfois  les  tables  donnent  les  conductivités  molaires  limites  des  ions  rapportées  à  une  mole  de  charge  (𝜆° !!

!!  !

!!

 :  conductivité  molaire  ionique  équivalente).  Cette  conductivité  molaire  ionique  équivalente  est  à  multiplier  

par  la  charge  de  l’ion  pour  retrouver  la  conductivité  molaire  ionique  limite.    Remarque  2  :  les  ions  HO-­‐  et  H3O+  ont  une  conductivité  molaire  ionique  particulièrement  élevée.      Remarque  3  :  si   la  solution  n’est  pas  suffisamment  diluée,   la  conductivité  molaire  ionique  des  ions  présents  dépend  de  la  concentration,  elle  n’est  plus  égale  à  la  conductivité  molaire  ionique  limite.  

2. MESURES  CONDUCTIMETRIQUES  

a. Cellule  de  mesure  La  cellule  de  mesure  (qui  ne  doit  pas  être  confondue  avec  une  électrode  !)  est  constituée  par  deux  plaques  parallèles  de  platine  platinée  (c'est-­‐à-­‐dire  recouverte  de  platine  finement  divisé  pour  augmenter  la  surface  de  contact  entre  le  platine  et  la  solution).  

 

Ces  plaques  de  surface  S  et  distantes  d’une  longueur  l  délimitent  un  volume  V  de  solution  à  étudier.    

                                                         Fiche  TP                                                                                                                                                                               Lefèvre  2014-­‐2015  On  applique  une  différence  de  potentiel  U  entre  les  deux  plaques.  Les  ions  vont  alors  migrer  et  permettre  le  passage  d’un  courant  (ionique)  dans  la  solution  entre  les  deux  plaques.    Le   conductimètre  mesure   la   conductance   G   (en   Siemens)   de   cette   portion   de   solution,   c'est-­‐à-­‐dire   sa   capacité   à  laisser  passer  un  courant  (G=1/R  où  R  est  la  résistance  en  Ω).    Remarque  1   :  D’après   la   loi  d’Ohm,   la  conductance  G  de   la  solution  est  donnée  par  G=I/U,  U  étant   la  différence  de  potentiel  imposée  entre  les  deux  plaques  et  I  l’intensité  du  courant  ionique  circulant  entre  les  plaques  :  en  imposant  U  et  en  mesurant  I,  le  conductimètre  a  accès  à  la  valeur  de  G.    La  conductance  mesurée  est  reliée  à  la  conductivité  par  la  relation  :    

G =σ

K!"##        

G  la  conductance  en  Sσ  la  conductivité  en  S.m!!

K!"##  la  constante  de  cellule  en  m!!  

 La  constante  de  cellule  Kcell  ne  dépend  que  des  dimensions  de  la  cavité  constituée  par  les  deux  plaques  :    

𝐾!"## =𝑙𝑆              

𝐾!"##  𝑒𝑛  𝑚!!

𝑙  𝑒𝑛  𝑚𝑆  𝑒𝑛  𝑚!

 

 On   souhaite   en   général   accéder   à   la   valeur   de   σ   en  mesurant  G.   Il   suffit   pour   cela   de   déterminer   la   valeur   de   la  constante  de  cellule.  Comme  l  et  S  ne  sont  pas  parfaitement  connues,  on  ne  peut  pas  déterminer  Kcell  par  le  calcul.  On  étalonne  donc  le  conductimètre  pour  déterminer  la  valeur  de  Kcell  à  l’aide  d’une  solution  de  conductivité  connue.  

b. Le  conductimètre  

Le  conductimètre  est  un  ohmmètre  (qui  mesure  la  conductance  d’une  portion  de  circuit).  Il  affiche  soit  la  valeur  de  la  conductance  G  (en  S),  soit  directement  la  valeur  de  la  conductivité  σ  (en  S.m-­‐1)  (s’il  a  été  correctement  étalonné).  Remarque  :  Il  est  alimenté  par  un  courant  alternatif  afin  de  ne  pas  perturber  la  mesure  par  une  réaction  d’électrolyse.  

c. Réalisation  d’une  mesure    

Avant  toute  mesure,  il  est  nécessaire  de  rincer  la  cellule  avec  de  l’eau  distillée  et  de  l’essuyer  extérieurement  avec  du  papier  Joseph  (ne  jamais  toucher  les  plaques  de  platines).  Il  suffit  alors  de  la  plonger  dans  la  solution  à  étudier  et  de  choisir  le  calibre  adapté  (le  calibre  est  «  l’échelle  »  de  la  mesure  :  S,  mS,  μS…  à  choisir  selon  l’ordre  de  grandeur  de  la  valeur  à  mesurer).  

Etalonnage  du  conductimètre  :  pour  étalonner   le  conductimètre,  on  mesure   la  conductance  d’une  solution  étalon  (généralement   une   solution   de   chlorure   de   potassium   de   concentration   0,100mol.L-­‐1)   dont   la   conductivité   est  connue.  On   règle  alors   le   conductimètre  de  manière  à   lui   indiquer   la   valeur  de   conductivité  exacte  de   la   solution  étalon.  Cette  étape  permet  ensuite  au  conductimètre  de  convertir  les  valeurs  mesurées  de  conductance  en  valeurs  de  conductivité.      Détermination  de  la  conductivité  d’une  solution  :   la  conductivité  de  la  solution  est  évaluée  en  plongeant  la  cellule  dans  la  solution.  Selon  la  valeur  affichée  (G  ou  σ),  la  conductivité  de  la  solution  se  lit  directement  ou  se  déduit  de  la  conductance  mesurée  :  σ solution = K!"## .G(solution).      Incertitude   sur   la   mesure  :   l’incertitude   liée   à   la   précision   du  matériel   est   donnée   par   le   constructeur.     Elle   est  d’autant  plus  grande  que  le  calibre  d’affichage  choisi  est  grand.      Remarque  :  Il  est  conseillé  de  limiter  l’agitation  lors  des  mesures  afin  d’éviter  la  présence  de  bulles  d’air.    Remarque  :  L’étalonnage  n’est  nécessaire  que  si  l’on  souhaite  accéder  aux  valeurs  de  la  conductivité  σ.  Lorsque  l’on  souhaite  seulement  repérer  qualitativement   l’évolution  de   la  conductivité,  sans  chercher  à  connaître   la  valeur  de   la  conductivité  de  la  solution,  l’étalonnage  n’est  pas  nécessaire  :  il  suffit  de  suivre  la  valeur  de  la  conductance  G.