Travaux Pratiques BioPhysique - fac.umc.edu.dzfac.umc.edu.dz/snv/faculte/tc/5.pdf · erreurs qui peuvent être classées en deux grandes catégories: les erreurs ... les incertitudes

Universiteacute Mentouri Constantine

Faculteacute des Sciences de la Nature et de la Vie

Travaux Pratiques BioPhysique

2egravemeanneacutee

Anneacutee universitaire 2016 - 2017

Pr Lounis CHEKOUR

TP_BioPhysique_ 2016 - 2017

Regraveglement inteacuterieur des Travaux Pratiques

Neacutecessaire pour reacutealiser un TP

Papier millimeacutetreacute papier blanc crayon gomme calculatrice Blouse LrsquoEffaceur ndash Correcteur est

inutile car il est non eacuteconomique et encore moins eacutecologique

Manipulation et Compte-rendu

bull Pour faire un bon TP il est indispensable de lire le polycopieacute et de preacuteparer la partie

theacuteorique du compte rendu

bull Une feuille de reacutesultats (fiche technique) de chaque TP vous sera remise Vous suivrez pas agrave

pas les points preacutesenteacutes pour preacuteparer la partie theacuteorique et la manipulation

bull Le compte rendu est composeacute de deux parties une partie theacuteorique et une partie

expeacuterimentale

- La partie theacuteorique est personnelle Elle est noteacutee sur 05 points Chaque eacutetudiant doit

remettre son travail personnel avant le deacutebut de la seacuteance A deacutefaut lrsquoeacutetudiant aura la note 0005

- La partie expeacuterimentale doit ecirctre reacutealiseacutee en collaboration avec les personnes qui

composent le groupe ou le binocircme

bull Et Il nrsquoest pas permis aux eacutetudiants de consacrer le temps de la manipulation et du compte

rendu commun pour faire la partie theacuteorique

Le compte rendu final agrave remettre agrave la fin de la seacuteance sera composeacute de la partie

expeacuterimentale et des deux parties theacuteoriques de chacun des eacutetudiants du binocircme et du trinocircme

bull Pour reacutealiser la partie theacuteorique suivez les points demandeacutes au niveau de la feuille de bord

de chaque TP Reacutepondez de maniegravere simple en utilisant de courtes phrases Il est inutile de

recopier le polycopieacute On nrsquoen tiendra pas compte Si le travail reacutealiseacute srsquoavegravere ecirctre du plagiat

ou fait agrave lrsquoaide de la meacutethode laquo COPIER - COLLER raquo la note sera zeacutero

bull Le travail le plus important (et le mieux noteacute) est celui qui fait ressortir les reacutesultats

expeacuterimentaux par leur bonne preacutesentation leur analyse et critiques

bull Le compte-rendu SERA NOTEacute en fonction de votre AVANCEMENT dans le travail Lrsquoeacutetudiant

qui preacutepare son TP par la lecture et la reacutealisation des exercices eacuteventuellement demandeacutes

avancerait mieux et bien dans ses manipulations et de la reacutealisation de ses comptes-rendus

Absences

La preacutesence des eacutetudiants agrave toutes les seacuteances de travaux pratiques est obligatoire En cas de

difficulteacute majeure ou si un membre drsquoun binocircme est toutefois absent lrsquoautre doit venir agrave la seacuteance

et faire le TP Le justificatif drsquoabsence doit ecirctre deacuteposeacute au secreacutetariat Il est possible de rattraper un

TP rateacute durant une autre seacuteance choisie avec le consentement de lrsquoenseignant qui assure la

manipulation Les TP rateacutes durant les jours feacuterieacutes seront rattrapeacutes agrave la fin du semestre Une

semaine leurs sera consacreacutee Leur programmation sera afficheacutee au moment voulu

Si lrsquoeacutetudiant cumule deux (ou plus) drsquoabsences il aura droit agrave un seul rattrapage Mecircme si toutes

ses absences sont justifieacutees Et la moyenne sera faite sur les notes obtenues des TP reacutealiseacutes

Les autres seront noteacutes zeacutero

Retards

Les retards doivent ecirctre minimiseacutes En cas de retard important (gt 30mn) ou de retards freacutequents

lrsquoaccegraves au laboratoire sera refuseacute Les conseacutequences en seront identiques agrave celles drsquoune absence

non excuseacutee

Plagiat

Le plagiat est le fait de srsquoapproprier un texte ou partie de texte une image ou tout travail reacutealiseacute

par une autre personne Si un report drsquoune partie drsquoun travail drsquoautrui la reacutefeacuterence doit ecirctre

signaleacutee dans la bibliographie

Deacuteroulement des manipulations

Au niveau du laboratoire de BioPhysique il y a 2 seacuteries de manipulations qui sont rattacheacutees aux

modules de Physique et de Biophysique Les TP de Physique sont assureacutes durant le premier

semestre de la premiegravere anneacutee (1LMD) et les TP de Biophysique le sont au second semestre de

la deuxiegraveme anneacutee (2LMD) Ces TP ont pour objectif drsquoassurer lrsquoapproche expeacuterimentale des

notions fondamentales preacutesenteacutees dans les cours magistraux et les travaux dirigeacutes Ils apportent

aussi lrsquoopportuniteacute agrave lrsquoeacutetudiant de cerner et de comprendre certains pheacutenomegravenes inheacuterents aux

sciences biologiques

Dans cette seacuterie de TP de BioPhysique il y a quatre manipulations

bull TP1 Deacutetermination de la tension superficielle des solutions aqueuses

bull TP2 Deacutetermination de conductiviteacute des solutions aqueuses

bull TP3 Deacutetermination de viscositeacute des solutions aqueuses

bull TP4 Deacutetermination de Ph des solutions aqueuses

Les TP srsquoeffectueront selon la rotation suivante

Si par exemple un binocircme commence par faire le TP3 le TP suivant est le TP4 qursquoil reacutealisera

quinze jours apregraves durant la mecircme seacuteance

Une attention particuliegravere sera porteacutee agrave vos observations et vos interpreacutetations La clarteacute du

compte-rendu lrsquoorthographe ainsi que lrsquoattitude face aux expeacuteriences et la critique par rapport

aux reacutesultats seront plus gratifieacutees lors de la notation que la quantiteacute de reacutesultats cumuleacutes

Remarque Des QUESTIONS se rapportant aux TP pourront ecirctre poseacutees au CONTROLE des connaissances

semestriel

Ordre de rotation des manipulations

RAPPELS MATHEMATIQUES

1 - Incertitudes dans les mesures

Toute mesure dune grandeur physique preacutesente ineacutevitablement une incertitude Elle reacutesulte de diverses erreurs qui peuvent ecirctre classeacutees en deux grandes cateacutegories les erreurs systeacutematiques qui se produisent toujours dans le mecircme sens et les erreurs aleacuteatoires qui sont variables en grandeur et en sens et dont la moyenne tend vers zeacutero

Lorigine de ces erreurs provient essentiellement de trois facteurs

- lexpeacuterimentateur - lappareil de mesure (fideacuteliteacute sensibiliteacute et justesse) - la meacutethode de mesure

Il convient de chercher agrave eacuteliminer les erreurs systeacutematiques et deacutevaluer les erreurs aleacuteatoires

On peut essayer destimer lincertitude agrave priori sur une deacutetermination unique mais en sappuyant sur une bonne connaissance du systegraveme

On peut eacutetudier la preacutecision globale dune mesure agrave partir dune eacutetude statistique

La deuxiegraveme meacutethode pourra ecirctre utiliseacutee pour linterpreacutetation au niveau dun groupe Il est bien clair quune eacutetude statistique ne sera daucun secours pour traiter des erreurs systeacutematiques

2 - Incertitude sur une mesure directe

a) Incertitude absolue

Elle repreacutesente la plus grande valeur absolue de lerreur commise sur une mesure Si g est le reacutesultat de la

mesure G lincertitude absolue sera noteacutee g Nous eacutecrirons

G = g + g ou g - g le G le g + g

b) Incertitude relative

On souhaite comparer la preacutecision de deux mesures on considegravere pour cela la quantiteacute g g La mesure est dautant plus preacutecise que ce rapport est faible On lexprime souvent en

3 - Incertitude sur une grandeur calculeacutee

Le plus souvent on veut deacuteterminer une grandeur G qui deacutepend de grandeurs X Y mesurables On

dispose alors dune relation g = f(x y) et il nous faut deacuteterminer g connaissant f(x y) x y x y On peut y parvenir assez facilement en ne consideacuterant que les variations au premier ordre approximation

acceptable si x y sont petits par rapport agrave x y et utiliser le calcul diffeacuterentiel Il y a deux regravegles simples agrave mettre en œuvre et facile agrave deacutemontrer les incertitudes relatives (en ) des deux facteurs dune multiplication ou dune division sajoutent les incertitudes absolues des deux termes dune somme ou dun produit sajoutent

Par la suite pour simplifier nous consideacutererons une grandeur G dont la valeur g deacutepend des deux mesures x et y supposeacutees indeacutependantes f(x y) est supposeacutee ecirctre alors une diffeacuterentielle totale exacte dougrave

gdg xy )()(

Le passage agrave lincertitude absolue consiste agrave prendre la somme des valeurs absolues

Quelques exemples

Ex 1 ByAxg BdyAdxdg

BdyAdxdg

Pour des expressions du type produit ou rapport il est commode de faire appel agrave une diffeacuterenciation logarithmique

Ex 2 Axyg yxAg loglogloglog

ydyxdxgdg

yyxxgg

Ex 3 yAxg yxAg loglogloglog

ydyxdxgdg

yyxxgg

Toute expression plus complexe pourra ecirctre traiteacutee comme une combinaison des quatre exemples preacutesenteacutes ou bien directement en la diffeacuterenciant Ces meacutethodes sont souvent implanteacutees directement dans des programmes informatiques de traitement statistique de donneacutees expeacuterimentales

Uniteacutes de mesure en physique Uniteacutes du Systegraveme international

Le Systegraveme international compte sept uniteacutes de base le megravetre le kilogramme la seconde lampegravere le kelvin la mole et la candela supposeacutees quantifier des grandeurs physiques indeacutependantes Chaque uniteacute possegravede en outre un symbole (dans lordre pour les uniteacutes de base m kg s A K mol et cd)

Systegraveme Uniteacutes

MKSA Megravetre kg seconde et Ampegravere

SI MKSA + Kelvin (K) et Candela (Cd)

CGS Cm g et seconde

Tableau 1 - Diffeacuterents systegravemes drsquouniteacutes

Tableau 2 - Conversion des uniteacutes Exemple de la longueur

Grandeur Nom Symbole Uniteacute SI

courant eacutelectrique ampegravere A A

charge eacutelectrique coulomb C As

angle degreacute deg rad

tempeacuterature degreacute Celsius degC K

eacutenergie joule J kgmiddotm2s2

tempeacuterature kelvin K K

masse kilogramme kg kg

volume litre L msup3

longueur megravetre m m

force newton N kgms-2

Pression Pascal Pa Nm-sup2=kgm-1s-2

champ magneacutetique tesla T kgs-2A-1

Temps seconde s s

Reacutesistance eacutelectrique Ohm Ώ Kgm2s-3A-2

potentiel eacutelectrique volt V kgmsup2s-3A-1

puissance watt W kgmsup2s-3

Conductance Siemens Ώ-1 Siemens (S) Kg-1m-2s+3A+2 = V-1A+11

Conductiviteacute Siemensmegravetre Ώ-1m-1(S m-1) Kg-1m-3s+3A+2

Conductiviteacute molaire Smsup2mole-1 Ώ-1m2 mole-1 Kg-1m-2s+3A+2

Viscositeacute Poiseuille Pl kgm-1s-1msup2ampmole-1

Tension superficielle Force par uniteacute de longueur N m-1 Kgs-2

Tableau 3 - Quelques grandeurs leur deacutesignation et leurs dimensions en SI

Nom Symbole Eacutequivalence

megravetre m (Uniteacute SI)

centimegravetre cm equiv 10-2m = 102 μm

millimegravetre mm equiv 10-3m = 103 μm

micromegravetre Micron

μ equiv 10-6m = 1 μm

nanomegravetre nm equiv 10-9m = 10 μm

angstroumlm Aring equiv 10-10m = 01 nm =104 μm

De ces uniteacutes de base on deacuteduit des uniteacutes deacuteriveacutees par exemple luniteacute de vitesse du systegraveme international le megravetre par seconde Certaines de ces uniteacutes possegravedent un nom particulier Il existe eacutegalement des preacutefixes officiels permettant de deacutesigner les uniteacutes multiples et sous-multiples dune uniteacute Par exemple le sous-multiple du megravetre valant 001m est appeleacute centimegravetre (symbole cm) puisque le preacutefixe correspondant agrave 10-2 est centi- Les uniteacutes de mesure (en physique) sont la base de toute repreacutesentation qualitative dun pheacutenomegravene Elles permettent deacutetablir le lien entre la reacutealiteacute et un modegravele par le biais dune eacutechelle de mesure lineacuteaire Dans le tableau 3 ci-dessous la colonne laquo Uniteacute SI raquo donne la dimension de la grandeur en systegraveme international

Equations dimensionnelles

Elles sexpriment en fonction des grandeurs fondamentales par une relation qui permet daboutir agrave leacutequation aux dimensions qui donne la dimension de la grandeur deacuteriveacutee en fonction de [L] [T] [M] [I] [q] [n] [J] (tableau1 ci-dessous)

Longueur Une seule uniteacute [L] m

Aire Produit de 2 longueurs [L]sup2 msup2

Volume Produit de 3 longueurs [L]3 m3

Vitesse v =d t [L]middot[T]-1 mmiddots-1

Vitesse angulaire = t [T]-1 radmiddots-1

Freacutequence f = 1 T [T]-1 Hz (hertz)

Masse volumique = m V [M]middot[L]-3 kgmiddotm-3

Acceacuteleacuteration = v t [L]middot[T]-2 mmiddots-2

Force F = m middot [M] [L]middot[T]-2 N (newton)

Energie et travail W = F middot d [M][L]2 [T]-2 J (joule)

Reacutesistance eacutelectrique R = U I [M][L]2[T]-3[I]-2 (ohm)

conductance eacutelectrique G = 1 R = I U [M]-1 [L]-2middot[T]3 [I]2S S(Siemens)

Tension superficielle = F l [M] [T]-2 Nm

Conductiviteacute [I]2middot[T]3middot[L]-3middot[M]-1 = A2T3L-3M Sm-1

Viscositeacute [M]L]-1[T]-1[L]sup2[mole]-1 Pl (Poiseuille)

Tableau 4 - Quelques grandeurs avec leurs dimensions

Exemple 1 - Force de Tension superficielle drsquoune solution Force qui srsquoexerce sur les moleacutecules superficielles drsquoune solution La dimension de cette force et le Newton ou kgm s-2 - Coefficient de tension superficielle Crsquoest la force qui srsquoexerce sue les moleacutecules surfacique par uniteacute de longueur du peacuterimegravetre de mouillabiliteacute

[] = [F] [l]-1 = [m] [l]-1 = [m][l][t]-2[l]-1 = [M][L][T]-2 [L]-1 = kgms-2m-1 = kg s-2

Exemple 2

Dans le systegraveme CGS la masse volumique de lrsquoeau est = 1gcm3

Et dans le systegraveme SI = (10-3kg) (10-2m) 3 = 10-3 kg 106m-3 = 103 kg m-3

= 1000 kg m-3

Remarque Preacutesentation des reacutesultats Une estimation des incertitudes nous conduit agrave limiter le nombre de chiffres significatifs quand on annonce le reacutesultat dune deacutetermination expeacuterimentale Le dernier chiffre donneacute doit ecirctre le premier entacheacute derreur Exemple3 - Une longueur de 1m mesureacutee agrave un mm pregraves devra seacutecrire L = 1000 m - Un volume de 30 mℓ (millilitres) mesureacute agrave un dixiegraveme de millilitre pregraves seacutecrira V = 300 m ℓ Si le reacutesultat dun calcul numeacuterique fournit par exemple une valeur de 0364852 mol ℓ-1 avec une incertitude absolue de 0017 molℓ-1 on leacutecrira c = 0365 molℓ -1 agrave 002 molℓ -1 pregraves Deacutefinition Lorsque les dimensions agrave droite et agrave gauche drsquoune eacutequation sont identiques on dira que cette eacutequation est homogegravene Theacuteoregraveme Toute eacutequation non homogegravene est neacutecessairement FAUSSE

Moleacutecule B

I - But

- Mesure de la tension superficielle de diffeacuterentes solutions (eacutethanol eau distilleacutee eau potable et deacutetergent ISIS vaisselle pur etc) La meacutethode utiliseacutee est dite laquodrsquoarrachementraquo - Calcul et comparaison des cœfficients de tension superficielles correspondants - Influence drsquoun produit tensioactif (ISIS) sur la tension superficielle de lrsquoeau potable - Et eacuteventuellement lrsquoinfluence de la tempeacuterature sur la tension superficielle de lrsquoeau potable

II - Rappel

1- Notion et origine de tension superficielle

Lrsquoeacutetude des surfaces revecirct une importance particuliegravere car tout corps liquide ou solide interagit avec le milieu ambiant agrave travers la surface qui le deacutelimite

Fig1 - Origine de la tension superficielle Les moleacutecules drsquoeau laquo A raquolaquo sont dans le volume du liquide

Les moleacutecules drsquoeau laquo B raquo sont agrave lrsquointerface (les moleacutecules drsquoIsis sont jaunes)

Au sein du liquide les forces qui sexercent sur les moleacutecules A (fig1) sont dues aux interactions des moleacutecules voisines La moleacutecule A est entoureacutee par ses voisines et ce dans toutes les directions Ces forces se compensent par symeacutetrie et la force reacutesultante est nulle

Par contre la moleacutecule B qui appartient agrave la surface nrsquoa de moleacutecules voisines que dans la partie

infeacuterieure Au dessus elle ne possegravede pas de voisines la reacutesultante T des forces qui agissent sur la moleacutecule B qui appartient agrave la surface est donc dirigeacutee vers le bas Il en est de mecircme de toutes les moleacutecules superficielles qui forment ainsi une sorte de pellicule tendue qui comprime lrsquointeacuterieur du liquide

Pour amener une moleacutecule A qui est agrave lrsquointeacuterieur du liquide et qui est en eacutequilibre agrave la surface il est neacutecessaire de fournir un travail pour vaincre les forces de coheacutesion qui la relient aux autres moleacutecules voisines

TP 1 Tension superficielle

Moleacutecules drsquoISIS superficielles

Milieu 2

Milieu 1

Moleacutecules drsquoeau superficielles

Moleacutecule B surfacique

Moleacutecule A en volume

Augmenter la surface drsquoun liquide coucircte de lrsquoeacutenergie Ainsi un liquide adoptera une forme qui minimise sa surface et donc son eacutenergie pour se retrouver dans un eacutequilibre stable Crsquoest ce qui explique la forme spheacuterique des bulles de savon et les diffeacuterentes gouttes drsquoeau et autres liquides Car crsquoest la forme spheacuterique qui preacutesente la surface minimale par rapport aux autres geacuteomeacutetries

Le rocircle de la tension superficielle est de srsquoopposer agrave lrsquoaugmentation de la surface drsquoun liquide Il en reacutesulte que les moleacutecules superficielles du liquide ont une eacutenergie supeacuterieure agrave celle des moleacutecules situeacutees agrave lrsquointeacuterieur Cette eacutenergie de surface est deacutefinie comme une tension superficielle qui srsquooppose agrave toute tentative drsquoaugmentation de la surface du liquide

Et le coefficient de la tension superficielle est deacutefini comme eacutetant le travail ou lrsquoeacutenergie qursquoil faut fournir (agrave tempeacuterature et pression constantes) pour accroicirctre la surface du liquide drsquoune quantite dS telle que

σdSdW et TP)dS

Le coefficient de la tension superficielle repreacutesente leacutenergie de 1joule deacutepenseacutee pour creacuteer une surface de 1m2 creacutee Il a comme dimension Joulemsup2 ou Nm

2 ndash Exemple

a) Cas drsquoune tige immergeacutee

Consideacuterons une tige cylindrique de rayon r soutenue par un fil mobile et partiellement immergeacutee (fig2) Le liquide cherchera agrave minimiser sa surface en exerccedilant une force F sur les coteacutes de la

tige Cest la force de tension superficielle qui va tendre agrave minimiser lrsquoeacutenergie du systegraveme en reacuteduisant lrsquoaire de lrsquointerface liquide - air - solide Il faut exercer une force T sur le fil mobile pour maintenir la surface constante ou la tige en eacutequilibre La force de tension superficielle Tts srsquoeacutecrit

(- j )

coefficient de la tension superficielle

L = 2r le peacuterimegravetre de la tige appeleacute peacuterimegravetre de mouillabiliteacute

La surface du liquide qui est courbe au voisinage de la tige tend agrave devenir plane par linfluence de la tension superficielle (fig2) A lrsquoeacutequilibre le bilan des forces qui srsquoappliquent au centre de graviteacute G de la tige est Selon lrsquoaxe Ox les forces de tension superficielles srsquoopposent et srsquoannulent vu la symeacutetrie de la geacuteomeacutetrie de la tige Et selon lrsquoaxe Oy on peut eacutecrire

TFTPF ats0

Ougrave

T = Force de tension du fil - Tst = Force de tension superficielle tangentielle

Fa = Force de la pousseacutee drsquoArchimegravede - P = force poids de la tige

Donneacutees

- Une uniteacute historique est encore utiliseacutee cest le dynecm-1

1 dyne = 10-5 N et 1 dynecm-1 = 10-3 Nm-1

- Mais luniteacute utiliseacutee habituellement est le Nm-1

- Pour linterface eauair (agrave 20 degC) on a = 73 10-3 Nm-1

Tsn j i

Fig2 - Exemple drsquoune tige immergeacutee

( x 10-3 Nm-1)

Ether 193

Ethanol 223

Methanol 226

Benzene 289

Glyceacuterine 640

Eau 728

Mercure 4413

Tableau 1 - Coefficient de tension superficielle de quelques liquides en contact avec lrsquoair

(Pression =1 atm T = 20degC)

III - Expeacuterimentation

III1 Mise en eacutevidence de la tension superficielle

Expeacuterience ndeg1

Fig3 ndash Mise en eacutevidence de ma tension superficielle

Etape 1 Poser deacutelicatement agrave la surface de lrsquoeau une eacutepingle deacutegraisseacutee

Observation Lrsquoeacutepingle flotte sur lrsquoeau

Etape 2 Ajouter 3 ou 4 gouttes de deacutetergent

Observation Lrsquoeacutepingle coule

Interpreacutetation Les gouttes de deacutetergent modifient la tension superficielle de lrsquoeau La reacutesultante des forces drsquoattraction exerceacutees par lrsquoeau additionneacutee de deacutetergent est infeacuterieure agrave la reacutesultante des forces drsquoattraction eacutelectrostatiques exerceacutee par lrsquoeau pure sur lrsquoeacutepingle

- Mettre de lrsquoeau de robinet (ou distilleacutee) dans un becirccher

- Saupoudrer uniformeacutement la surface de lrsquoeau avec des grains de poivre noirs (fig4)

- Faites tomber une goutte drsquoIsis au milieu de la surface de lrsquoeau (fig5)

Observation Effet de quelques gouttes drsquoIsis sur les particules de poivre

Eau pure

Etape 1 Etape 2

3 ou 4 gouttes de deacutetergent

Fig 4 - Poudre de poivre agrave la surface de lrsquoeau

Observation Les grains de poivre surface en se

disperse uniformeacutement agrave la surface de lrsquoeau

Fig 5 - Ajout de gouttes drsquoIsis

Observation Les grains de poivre seacutecartent en allant vers

la partie eacuteloigneacutee ougrave il y absence drsquoIsis

Explication

Lajout de liquide vaisselle agrave droite des grains de poivre a pour effet dans un premier temps de diminuer la tension superficielle agrave lrsquoendroit ougrave tombent les gouttes drsquoisis Par contre la tension superficielle agrave gauche ne diminue pas Car en ce lieu il y a absence drsquoIsis et la tension superficielle plus importante qursquoagrave droite va donc lemporter et le poivre va se deacuteplacer de ce fait vers la gauche

III2 Mesure de la tension superficielle Meacutethode de lrsquoarrachement

La tension superficielle dune surface de liquide est tregraves sensible agrave leacutetat de propreteacute de cette surface Les principales sources de contamination dune interface sont les impureteacutes chimiques (surtout les tensioactifs) et la poussiegravere de lair Une contamination se traduit en geacuteneacuteral par un abaissement de la tension superficielle Leau est particuliegraverement difficile agrave garder propre Dans lrsquoexpeacuterience qui suit quelques preacutecautions sont agrave prendre

- Utiliser des reacutecipients propres bien rinceacutes agrave lrsquoeau et seacutecheacutes - Recouvrir immeacutediatement les solutions qui ne sont pas utiliseacutees pour empecirccher la contamination

III3 Mise en œuvre de la mesure de la deacutetermination du coefficient de tension superficielle

Le dispositif de mesure de la tension superficielle est deacutecrit sur le scheacutema de la figure 6

Fig7 - a) Anneau b) Dynamomegravetre de preacutecision

Donneacutees

Anneau Meacutetallique leacuteger agrave bord biseauteacute

Diamegravetre de lrsquoanneau 6 cm

Dynamomegravetre Erreur de lecture ∆ T= 1 mN

Le zeacutero

Repegravere

du zeacutero

Echelle gradueacutee (mN)

Fig6 bis ndash Scheacutema de principe de la meacutethode

drsquoarrachement de lrsquoanneau

Potence

Fig6 - Dispositif

Eleacutevateur

Dynamomegravetre

Anneau

Cristallisoire Solution

Le protocole de mesure est le suivant

Nettoyer avec preacutecaution lanneau de platine (fig7a) Le suspendre au crochet situeacute agrave lextreacutemiteacute du dynamomegravetre

Apregraves avoir reacutegleacute le zeacutero du dynamomegravetre (fig7b) deacuteterminer le poids P (en mN) de lrsquoanneau

Commenter vos reacutesultats

Reacutegler une seconde fois le zeacutero du dynamomegravetre en preacutesence de lrsquoanneau Cela vous permettra de lire directement la valeur de la force de tension superficielle

Versez la solution dans le reacutecipient agrave une hauteur telle que lrsquoanneau soit immergeacute

Descendre deacutelicatement le cristallisoir de maniegravere agrave amener lrsquoanneau au voisinage de la surface du liquide (fig8a) Arrecirctez Qursquoobservez ndash vous

En descendant progressivement encore le boy suivre simultaneacutement lrsquoindication du dynamomegravetre Observer le pheacutenomegravene avant lrsquoarrachement comme il est indiqueacute sur le scheacutema de la figure 8b

Noter le maximum de la tension (mN) juste avant lrsquoarrachement de lrsquoanneau de la surface de lrsquoeau

Recommencez la manipulation pour les diffeacuterentes solutions aqueuses preacutepareacutees Comparer leur coefficient de tension superficielle et celles de la litteacuterature

Faire le mecircme travail en mesurant la tension de lrsquoeau en fonction du volume de deacutetergent ajouteacute

Le bilan des forces (fig9) qui srsquoexercent sur le centre de graviteacute de lrsquoanneau

Ougrave - P = poids de lrsquoanneau

- T = tension du fil

- Ts = force de tension superficielle i

- ti eacutetant la force superficielle qui agit sur chaque eacuteleacutement de lrsquoanneau

- Fa = force drsquoArchimegravede neacutegligeable devant les autre forces

Gracircce au dynamomegravetre de preacutecision on mesure la force que la surface du liquide exerce sur lrsquoanneau de contact agrave la limite de lrsquoarrachement de celui-ci Cette force est la reacutesultante du poids et des forces de tension superficielle

T = P + Ts

Avec Ts = T - P = 2 L et = Ts R

Avec R = 3cm (R rayon de lrsquoanneau)

Nettoyez le mateacuteriel et laissez la paillasse propre MERCI

Fig8 - Diffeacuterentes eacutetapes de la manipulation

a) avant arrachement b) juste avant arrachement c) apregraves

arrachement

Fig9 - Bilan des forces

L e c t u r e

La respiration la tension superficielle et les surfactants

Les 300 millions drsquoalveacuteoles pulmonaires drsquoun adulte repreacutesentent une surface de 70 agrave 200 msup2 Lrsquoeacutequivalent

drsquoune surface drsquoun appartement F3 ou F5 Cette surface entiegravere est recouverte par un liquide physiologique

aqueux un meacutelange de 90 drsquoeau de 10 de sels mineacuteraux et de proteacuteines

Pour respirer nous augmentons le volume pulmonaire en ouvrant la cage thoracique et en contractant le

diaphragme La surface drsquoeacutechange srsquoaccroicirct alors de pregraves de 10msup2 Toutefois la tension de surface du fluide

recouvrant lrsquointeacuterieur de nos alveacuteoles srsquooppose agrave cette augmentation En reacutesistant agrave la dilatation des

alveacuteoles le fluide creacutee une force qui contrarie lrsquoinspiration La valeur de cette pression interfaciale est

donneacutee par la loi de Laplace la diffeacuterence des pressions de part et drsquoautre drsquoune interface spheacuterique est

eacutegale au double de la tension superficielle diviseacutee par le rayon de la sphegravere (p= 2R) Ainsi cette

diffeacuterence de pression est drsquoautant plus eacuteleveacutee que le rayon est petit Pour une bulle drsquoun millimegravetre de

diamegravetre lrsquoeacutecart de pression est de lrsquoordre de 28 hectopascals ce qui repreacutesente 03 pour cent de la

pression atmospheacuterique Si le diamegravetre de la bulle vaut un micromegravetre lrsquoeacutecart est 1 000 fois plus grand et

atteint 2 800 hectopascals soit presque trois fois la pression atmospheacuterique

Lorsque nous respirons nos alveacuteoles sont directement en contact avec lrsquoair exteacuterieur par lrsquointermeacutediaire des

voies respiratoires La pression drsquoair au sein des alveacuteoles est donc eacutegale agrave la pression atmospheacuterique La loi

de Laplace nous dit alors que la pression dans le fluide recouvrant les alveacuteoles et par conseacutequent dans les

tissus pulmonaires (placeacutes derriegravere le film liquide alveacuteolaire) est infeacuterieure agrave la pression atmospheacuterique Si le

liquide physiologique qui recouvre nos membranes eacutetait purement aqueux la diffeacuterence de pression de part

et drsquoautre de chacune des membranes alveacuteolaires serait de lrsquoordre de un pour cent de la pression

atmospheacuterique Nous respirerions alors comme si nous avions en permanence une masse de plusieurs

kilogrammes sur la poitrine

En outre la varieacuteteacute de taille des alveacuteoles produirait une gecircne respiratoire suppleacutementaire plus importante

encore Selon la loi de Laplace la pression est plus eacuteleveacutee au sein des petites bulles que dans les grandes

Quand deux bulles de tailles diffeacuterentes sont relieacutees la plus petite se vide dans la grande Il en est de mecircme

pour les alveacuteoles Dans les poumons la pression est quasi uniforme Ainsi lrsquointerface airndashliquide pulmonaire

creacutee des surpressions qui sont drsquoautant plus grandes que les alveacuteoles sont de petite taille Si lrsquoon suppose

celles-ci tapisseacutees drsquoeau saleacutee on conclut que les petites alveacuteoles se vident dans les grandes reacuteduisant ainsi

la surface drsquoeacutechange et lrsquoefficaciteacute pulmonaire

Le surfactant pulmonaire

Pourtant il nrsquoen est rien car les cellules de la membrane alveacuteolaire les pneumonies syntheacutetisent un

surfactant crsquoest-agrave-dire des moleacutecules tensioactives qui abaissent la tension superficielle en se concentrant agrave

lrsquointerface airndashliquide Ce meacutelange de phospholipides divise par environ trois la tension superficielle du

liquide pulmonaire et le travail que nous devons fournir pour inspirer en est diviseacute drsquoautant En outre ces

moleacutecules qui laquoannihilent la tension superficielleraquo tendent agrave eacutequilibrer les pressions qui regravegnent dans des

alveacuteoles de tailles diffeacuterentes En effet la quantiteacute de surfactant reste constante agrave lrsquointeacuterieur de chaque

alveacuteole durant la respiration Le nombre de moleacutecules de surfactant par uniteacute de surface devient drsquoautant

plus grand que le volume (donc la surface) de lrsquoalveacuteole diminue Ainsi la tension superficielle au sein du film

alveacuteolaire diminue lorsque lrsquoalveacuteole se contracte et augmente quand elle se dilate ce qui au cours du cycle

respiratoire eacutequilibre les pressions exerceacutees par les surfaces des pellicules liquides alveacuteolaires

Lrsquoabsence ou lrsquoexcegraves de surfactant pulmonaire causent de nombreuses pathologies respiratoires La plus

grave est la deacutetresse respiratoire des grands preacutematureacutes normalement agrave la naissance le surfactant

pulmonaire est libeacutereacute par les tissus ougrave il eacutetait stockeacute de sorte que les nouveau-neacutes respirent sans difficulteacute

En revanche les poumons des grands preacutematureacutes sont deacutepourvus de surfactant qui nrsquoest syntheacutetiseacute qursquoen

fin de grossesse Pour les aider agrave respirer les peacutediatres leur font inhaler un aeacuterosol contenant un surfactant

pulmonaire

La tension superficielle alveacuteolaire

Elle srsquoexerce au niveau des alveacuteoles Il existe une membrane alveacuteolocapillaire qui permet la seacuteparation des

gaz apporteacutes par lrsquoatmosphegravere et par le sang A cette seacuteparation on observe que les moleacutecules drsquoeau du

plasma sont plus fortement attireacutees les unes vers les autres en preacutesence des moleacutecules de gaz Cela entraicircne

une irreacutegulariteacute drsquoattraction entre les moleacutecules drsquoeau Crsquoest la tension superficielle Lrsquoeau est donc

responsable drsquoune tregraves forte tension superficielle alveacuteolaire Cette forte tension superficielle provoque une

baisse du volume alveacuteolaire La membrane alveacuteolocapillaire srsquooppose agrave cette tension pour eacuteviter

lrsquoaffaissement alveacuteolaire Le surfactant alveacuteolaire est la substance responsable de cela Il est syntheacutetiseacute au

niveau de la membrane aleacuteveacutelocapillaire Crsquoest une substance composeacutee essentiellement de lipoproteacuteines

qui reacuteduit la tension superficielle Drsquoune faccedilon imageacutee il permet de desserrer les moleacutecules drsquoeau pour

favoriser le passage des gaz du compartiment aeacuterien vers le compartiment sanguin

La tension de surface agrave lrsquointeacuterieur des alveacuteoles

La preacutesence du surfactant alveacuteolaire seacutecreacuteteacute par des cellules pulmonaires speacutecialiseacutees (les pneumocytes de

type II) influence aussi le gradient de pression La preacutesence de cette substance diminue la tension de surface

agrave lrsquointeacuterieur des alveacuteoles et par conseacutequent facilite lrsquoaugmentation du volume des alveacuteoles lors de

lrsquoeacutetirement des poumons

Normalement les alveacuteoles sont leacutegegraverement dilateacutees et leur tendance agrave saffaisser est reacuteduite au minimum

par la preacutesence du surfactant alveacuteolaire et par le maintien dune pression intrapleurale leacutegegraverement

infeacuterieure agrave la pression intra-alveacuteolaire La maladie des membranes hyalines appeleacutee aussi deacutetresse

respiratoire du nouveau-neacute est secondaire agrave un manque de surfactant Ce manque de surfactant sur la face

interne de la muqueuse alveacuteolaire implique lrsquoaugmentation de la tension de surface Cette augmentation de

la tension de surface creacutee une force qui amegravene les parois des alveacuteoles agrave saffaisser sur elles-mecircmes comme

celles dun ballon deacutegonfleacute Cet eacutetat a pour conseacutequence de rendre tregraves difficile ou mecircme impossible la

dilatation des alveacuteoles ou lrsquoaugmentation de leur volume lors du processus inspiratoire (lrsquoeacutetirement des

poumons) Dans ce cas les alveacuteoles natteignent pas un volume suffisant pour diminuer de faccedilon

significative la pression intra-alveacuteolaire et par conseacutequent le gradient de pression eacutetabli est alors

insuffisant pour faire entrer une quantiteacute adeacutequate dair dans les poumons Il srsquoen suit une deacutetresse

respiratoire secondaire agrave la diminution de la ventilation alveacuteolaire et dont la conseacutequence est une

diminution des eacutechanges entre lrsquoair alveacuteolaire et le sang La carence en surfactant alveacuteolaire agrave la naissance

implique donc une diminution du gradient de pression entre lrsquoair alveacuteolaire et lrsquoair atmospheacuterique

provoquant de tregraves grande difficulteacute agrave inspirer Cette incapaciteacute agrave inspirer adeacutequatement peut entraicircner la

mort du nouveau-neacute parce qursquoil nrsquoest plus en mesure de maintenir la composition adeacutequate de son sang en

oxygegravene et en CO2

A quoi servent les tensioactifs

Avez-vous deacutejagrave lu lrsquoeacutetiquette deacutetaillant la composition de votre lessive votre produit vaisselle votre savon

ou votre shampoinghellip Vous deacutecouvrirez souvent les termes de tensioactifs de surfactants ou drsquoagents de

surface Il srsquoagit de moleacutecules qui permettent agrave lrsquoeau de srsquoeacutetaler sur une surface grasse Lrsquoeau forme des

gouttelettes sur une assiette grasse alors qursquoavec du savon elle srsquoeacutetale sur lrsquoassiette permettant son

nettoyage De plus les tensioactifs facilitent lrsquoextraction de la graisse avec de lrsquoeau Leurs moleacutecules

comportent en effet deux parties antagonistes une partie lipophile le long de laquelle la graisse srsquoaccroche

volontiers et une partie hydrophile leur permettant drsquoecirctre veacutehiculeacutees dans lrsquoeau de lavage Ils vont ainsi

entraicircner les moleacutecules de graisse dans lrsquoeau Mission impossible agrave remplir sans eux compte tenu de

lrsquoinsolubiliteacute du gras dans lrsquoeau

Les tensioactifs peuvent ecirctre chargeacutes neacutegativement les anioniques positivement les cationiques ou non

chargeacutes les non ioniques Autant de preacutecisions qui apparaissent aussi sur le deacutetail de la composition des

deacutetergents

Comment meacutelanger de lhuile et de leau

Meacutelanger de lrsquohuile agrave de lrsquoeau est impossible Certes apregraves une agitation vigoureuse des gouttelettes

drsquohuile sont disperseacutees dans lrsquoeau mais rapidement celles-ci remontent agrave la surface et srsquoagglomegraverent pour

former une nouvelle nappe drsquohuile Les moleacutecules constituantes de ces deux liquides se repoussent Seul un

corps ambivalent permet un meacutelange Crsquoest le cas du jaune drsquoœuf dont la moleacutecule de leacutecithine preacutesente

deux parties antagonistes une partie chargeacutee eacutelectriquement qui se lie facilement avec lrsquoeau et une longue

partie neutre qui a de lrsquoaffiniteacute avec lrsquohuile Parfaite interface Un jaune drsquoœuf meacutelangeacute agrave de lrsquohuile permet

agrave lrsquohuile de se disperser en gouttelettes dans lrsquoeau gouttelettes qui restent stable agrave cause du film de

leacutecithine qui les entoure Partie hydrophile dirigeacutee vers lrsquoeau et partie hydrophobe vers le centre de la

gouttelette ougrave se trouve lrsquohuile Lrsquoeacutemulsion obtenue reste ainsi stable Il ne reste plus qursquoagrave lrsquoassaisonner et la

consommer cest la mayonnaise

TP 2 - CONDUCTIMETRIE

I - But

- Mesure de la conductiviteacute de quelques solutions eacutelectrolytiques (eau distilleacutee eau potable eau javel

eacutethanol etc)

- Titrage conductimeacutetrique Deacutetermination de la molariteacute drsquoune solution (vinaigre) acide par lrsquoeacutetude

de la variation de sa conductiviteacute en fonction du volume drsquoune base (soude) ajouteacutee

II - Rappels sur la conductiviteacute des solutions

La conductiviteacute eacutelectrique contrairement agrave la reacutesisitiviteacute est laptitude dun mateacuteriau ou dune solution agrave laisser les charges eacutelectriques se deacuteplacer librement autrement dit agrave permettre le passage du courant eacutelectrique

Parmi les meilleurs conducteurs il y a les meacutetaux (comme le cuivre laluminium etc) pour lesquels les porteurs de charge sont les laquo eacutelectrons libres raquo Dans le cas des solutions eacutelectrolytes le passage du courant est assureacute par les ions La conductiviteacute de ces solutions deacutepend de la nature des ions preacutesents et de leurs concentrations Elle peut ecirctre mesureacutee agrave laide dun conductimegravetre

La connaissance de la conductiviteacute permet deacutevaluer la concentration en ions dune solution Toute espegravece chargeacutee est susceptible de transporter du courant eacutelectrique au sein dune solution Le courant est transporteacute par deacuteplacement des charges positives (cations) dans les sens du champ eacutelectrique vers le pocircle neacutegatif Les anions (charges neacutegatives) circulent en sens inverse

Lrsquouniteacute de la conductiviteacute est le Sm-1 (Siemens par megravetre)

Dimension [] = A2middots3middotm-3middotkg-1 = I2T3L-3M

Attention 1 mScm-1 = 01 Sm-1

II1 - Conductiviteacute drsquoune solution ionique

La valeur de la conductance G drsquoune solution ionique deacutepend de la nature de la solution ainsi que de la geacuteomeacutetrie de la cellule de mesure Elle peut ecirctre deacutetermineacutee par la relation

G = (S L) et

La conductance est G lrsquoinverse de la reacutesistance R (Ohms (Ω))

Avec G en siemens (S) S en m2 L en m et en Siemens par megravetre (Sm-1)

Pour rappel la reacutesistance drsquoune portion drsquoeacutelectrolyte de forme paralleacuteleacutepipeacutedique comprise entre les deux eacutelectrodes (fig1) a mecircme expression que celle drsquoun conducteur meacutetallique de section S et de longueur L (fig 2)

R = (LS)

Avec la reacutesistiviteacute L la distance entre les eacutelectrodes et S la section des eacutelectrodes

G= 1 R

II2 - Conductance drsquoune solution eacutelectrolytique

On peut donc agrave laide dune simple cellule dun geacuteneacuterateur de tension UAB et dun ampegraveremegravetre brancheacute en seacuterie deacuteduire la conductance agrave laide de la loi dOhm

IIRU Ougrave

Avec U en volts (V) R en ohms (Ω) I en ampegraveres (A) et G en siemens (S) ou en Ω-1 On peut aussi eacutecrire

La conductance deacutepend des deux eacutelectrodes utiliseacutees pour la mesure (lrsquoensemble des deux eacutelectrodes est appeleacute cellule conductimeacutetrique) La conductance est drsquoautant plus grande que la surface immergeacutee S des eacutelectrodes est grande et que la distance L entre ces derniegraveres est petite Comme le rappelle une relation preacuteceacutedente

G = (SL)

Ougrave = 1 repreacutesente la conductiviteacute de la solution

Son uniteacute est le Sm-1 (Siemens par megravetre) avec la surface S en m2 et la distance L en m Le rapport SL appeleacute laquo constante de cellule raquo peut ecirctre deacutetermineacute en mesurant la conductance drsquoune solution eacutetalon La conductiviteacute repreacutesente lrsquoaptitude drsquoune solution agrave conduire le courant eacutelectrique Elle ne deacutepend pas du systegraveme de mesure utiliseacute elle ne deacutepend que des caracteacuteristiques de la solution (concentration nature des ions et tempeacuterature)

On appelle la conductiviteacute de la solution Cette grandeur est caracteacuteristique de la solution Elle deacutepend de la concentration en ions et de la tempeacuterature de la solution

Un conductimegravetre preacutealablement eacutetalonneacute permet dafficher directement la valeur de la conductiviteacute σ de la solution

II3 - Conductiviteacute molaire ionique λi

La valeur de la conductiviteacute peut ecirctre calculeacutee agrave partir des conductiviteacutes molaires ioniques λi des ions qui composent cette solution (voir tableau ci-dessous donneacute agrave titre indicatif) ainsi que de leur concentration [Xi]

Avec en Sm-1 λi en Smsup2mol-1 et [Xi] en molm-3

On remarque que les ions H3O+ et OH- ont en solution aqueuse une conductiviteacute molaire ionique plus importante que celle des autres ions Ces deux ions eacutetant des deacuteriveacutees de leau leur mobiliteacute dans leau est

Fig1 - Scheacutema de principe

Electrodes

Solution eacutelectrolytique

Fig2 - Barreau meacutetallique

microScm

en effet tregraves importante Cependant dans le cas de leau pure leur concentration est tregraves faible (10-7moll-1) et leur contribution est donc neacutegligeable une solution deau pure ne conduit que tregraves peu leacutelectriciteacute

Exemple La conductiviteacute dune solution de chlorure de sodium de concentration

C= [Cl-] = [Na+] = 200 molm-3 est eacutegale agrave = λ(Cl-)[Cl-] + λ(Na+)[Na+]

Et = 76310-3 x 200 + 50110-3 x 200 = 25310-2 Sm-1

Conductiviteacute (microScm)

Eau Pure 0055

Eau Distilleacutee 05

Eau de Montagne 10

Eau Courante 500 agrave 800

Max pour leau potable

Eau de Mer 56

Eau Saumure 100

Tableau 1- Valeur de la conductiviteacute pour leau

III Titrage drsquoun vinaigre

On se propose de faire un titrage conductimeacutetrique pour deacuteterminer la concentration molaire en acide eacutethanoiumlque du vinaigre de veacuterifier son degreacute drsquoaciditeacute

Le but de cette manipulation est de reacutealiser un titrage conductimeacutetrique du vinaigre de vin (CH3COOH) par la soude NaOH On peut en effet suivre les variations de la conductiviteacute de lrsquoeacutelectrolyte (CH3COOH) au fur et agrave mesure qursquoon ajoute un reacuteactif NaOH

Cela revient agrave mettre en œuvre un protocole pour deacuteterminer la concentration Cvin de lrsquoacide nitrique ou eacutethanoiumlque (CH3COOH) drsquoun vinaigre et veacuterifier lrsquoindication du laquo degreacute raquo porteacutee sur lrsquoeacutetiquette

II - MANIPULATION Titrage drsquoune solution eacutelectrolytique en utilisant une mesure conductimeacutetrique

1 - Description du conductimegravetre (Fig2)

Fig2 - a) Face avant du conductimegravetre de paillasse b) Scheacutema du conductimegravetre

Conductiviteacute molaire ioniques agrave 25 degC de quelques ions

en solution aqueuse tregraves dilueacutee

ion λ en 10-3 Sm2mol-1

H3O+ 3498

OH- 1986

Br- 781

Rb+ 778

Cs+ 773

I- 768

Cl- 763

K+ 735

NH4+ 734

NO3- 714

Ag+ 619

MnO4- 610

F- 554

Na+ 501

CH3COO- 409

Li+ 387

C6H5COO- 323

Tableau 2 - Conductiviteacute molaires ionique agrave25 degC (solution aqueuse tregraves dilueacutee)

Lrsquoappareil est un conductimegravetre de paillasse avec afficheur agrave cristaux liquides

Description 1) Bouton de Calibration du conductimegravetre 2) Seacutelection de la gamme 00 agrave 19999 microScm 3) Seacutelection de la gamme 00 agrave 1999 microScm 4) Seacutelection de la gamme 00 agrave 19999 mScm 5) Seacutelection de la gamme 00 agrave 1999 microScm 6) Bouton de reacuteglage de la compensation de la tempeacuterature 7) Marche arrecirct (ONOFF) 8) Fiche branchement laquo sonderaquo 9) Fiche branchement laquo tensionraquo

Quatre gammes de mesure sont disponibles (boutons 3 agrave 6) Lrsquoeacutetalonnage se fait agrave lrsquoaide du bouton (2) Le conductimegravetre ne neacutecessite pas de reacuteeacutetalonnage lors du passage drsquoune gamme agrave lrsquoautre La sonde de conductiviteacute comporte 4 anneaux platine Cette sonde permet eacutegalement de mesurer la conductiviteacute dans des eacutechantillons agrave faible volume Lrsquoeffet de la tempeacuterature est compenseacute automatiquement agrave lrsquoaide drsquoun capteur de tempeacuterature inteacutegreacute agrave la sonde Le coefficient de compensation est ajusteacute de 0 agrave 25 agrave lrsquoaide du bouton (7)

Votre Attention SVP

La verrerie le conductimegravetre et la sonde que vous utilisez sont TRES FRAGILES manipulez les avec SOIN MERCI

Lrsquoeacutetiquette drsquoun vinaigre du commerce qui sera consideacutereacute comme une solution aqueuse drsquoacide eacutethanoiumlque indique 6deg Le degreacute drsquoaciditeacute exprime la masse en gramme drsquoacide eacutethanoiumlque CH3CO2H dans 100 g de vinaigre On se propose de deacuteterminer au cours drsquoune seacuteance de TP la concentration C en acide eacutethanoiumlque et le degreacute de ce vinaigre La tempeacuterature de la salle est de 25 degC

2 - Mesure de la conductiviteacute

La conductiviteacute drsquoune solution est relieacutee lineacuteairement aux concentrations des ions en solution La conductimegravetrie permet drsquoatteindre les concentrations des eacuteleacutements qui constituent la solution Dans notre TP on suivra la variation de la conductiviteacute au cours drsquoun titrage

Le reacuteactif titrant peut ecirctre introduit agrave lrsquoaide drsquoune burette

Avant de reacutealiser des mesures de conductiviteacute drsquoune solution eacutelectrolytique on fait drsquoabord un eacutetalonnage de lrsquoappareil sur une solution standard dont on connaicirct la valeur de la conductiviteacute

21 Dilution du vinaigre (facultatif)

On reacutealise la dilution au 110egrave drsquoun vinaigre de vin commercial

- Dans une eacuteprouvette gradueacutee de 50 ml introduire 2ml drsquoeau distilleacutee - Compleacuteter ensuite jusqursquoagrave un volume V = Vvinaigre= 20 ml avec la solution de vinaigre de concentration

molaire Vvin inconnue - Remplir la burette de soude NaOH de concentration connue - Reacutealiser lrsquoeacutetalonnage du conductimegravetre en mesurant celle de lrsquoeau du robinet La valeur doit ecirctre

ajusteacutee agrave 1000microScm-1

22 Etalonnage de lrsquoappareil

- Allumez lrsquoinstrument par la touche (8) ONOFF

- Verser dans un reacutecipient en plastique une petite quantiteacute de solution de conductiviteacute connue (voir sachets de solution drsquoeacutetalonnage fournis) par exemple HI 70031 de valeur 00000 agrave 25degC

- Plonger la sonde de conductiviteacute dans lrsquoeacutechantillon en veillant agrave ce que les orifices soient immergeacutes Tapoter leacutegegraverement la sonde sur le fond du beacutecher pour eacutevacuer les eacuteventuelles bulles drsquoair

- Reacuteglez le bouton de compensation (7) sur 2degC

- Choisissez la gamme Puis attendez la stabilisation de la mesure (boutons 2 4 5 ou 6)

(Si lrsquoafficheur indique laquo 1 raquo on alors en deacutepassement de la gamme choisie il convient alors de passer agrave la gamme supeacuterieure)

- Attendez la stabilisation de la lecture Puis agrave lrsquoaide du bouton 2 laquo Calibration raquo ajuster la valeur afficheacutee agrave la valeur de la solution indiqueacutee sur le sachet

Exemple A 25degC on lit sur le sachet de la solution eacutetalon la valeur de 1413microScm

Si la tempeacuterature ambiante est de 20degC par exemple on ajustera la valeur afficheacutee agrave celle donneacutee sur le sachet Pour notre solution HI 7030 on lit la valeur 1167microScm

Lrsquoeacutetalonnage est ainsi termineacute les mesures peuvent ecirctre entameacutees

Remarque

Lrsquoappareil donne les mesures de conductiviteacute en Siemescm-1 (mScm-1 ou microScm-1)

Le Siemens symbole S est luniteacute deacuteriveacutee de conductance eacutelectrique du systegraveme international (SI) nommeacutee ainsi en hommage agrave Werner von Siemens

Un siemens correspond agrave la conductance eacutelectrique dun conducteur ayant une reacutesistance eacutelectrique dun ohm

Le siemens correspond donc agrave des AV-1 ou en uniteacutes de base m-2kg-1s3A2

NB En raison de lrsquoabsence de solution eacutetalon fournie par le fournisseur lrsquoeacutetalonnage est fait agrave lrsquoaide de lrsquoeau potable dont la conductiviteacute est eacutegale agrave 1000microS cm-1

3 - Deacutetermination de la concentration molaire drsquoun acide

31 Expeacuterimentation

Le montage est scheacutematiseacute ci-dessus (fig 3)

Conductimegravetre

Fig3 - Montage expeacuterimental

Solution

CH3CO3H )

Potence

Deacutetail de la sonde

Burette

Remplie de NaOH

Mise en œuvre

Plonger la sonde dans la solution dont on voudrait mesure la conductiviteacute en veillant agrave ce que les

orifices soient immergeacutes Tapoter leacutegegraverement la sonde sur le fond du beacutecher pour eacutevacuer les eacuteventuelles

bulles drsquoair

Reacuteglez le bouton (7) de compensation de tempeacuterature sur la valeur approprieacutee (voir eacutetalonnage)

Au bout de quelques minutes lrsquoafficheur indique la valeur de la conductiviteacute compenseacutee en tempeacuterature

32 1Mesure de la conductiviteacute de quelques solutions

32 1 Titrage drsquoun vinaigre

Faire les mesures de la conductiviteacute de la solution agrave doser en suivant le tableau ci-dessous

Verser 10 ml de solution CH3COOH dans un beacutecher

Mesurer la conductiviteacute

Ajouter 1cm3 de NaOH

Mesurer la nouvelle conductiviteacute du meacutelange obtenu

Reacutepeacuteter la mesure en ajoutant successivement les quantiteacutes de NaOH indiqueacutees sur le tableau ci ndash dessous comme indiqueacute au niveau du tableau donneacute sur la feuille de bord (cf annexe ou feuille tireacutee agrave part)

V NaOH (ml)

(mScm-1)

Tableau des mesures

33 Graphe

Tracer le graphe = f(VNaOH) Trouvez le point intersection que vous devez repeacuterer approximativement Ce point repreacutesente le point de neutralisation

- Point de neutralisation

Le vinaigre est une solution drsquoacide aceacutetique CH3COOH dissout dans lrsquoeau On cherche agrave doser lrsquoacide aceacutetique contenu dans un vinaigre en le faisant reacuteagir avec une solution de soude NaOH En solution CH3COOH se dissocie dans lrsquoeau selon la reacuteaction

Cette solution contient beaucoup plus de moleacutecules CH3COOH que drsquoions CH3COO- et H3O+ Mais au cours de la neutralisation la consommation des ions H3O+ deacuteplace lrsquoeacutequilibre dans le sens de la dissociation En deacutefinitive la totaliteacute de lrsquoacide participe agrave la reacuteaction Lrsquoeacutequation bilan de la reacuteaction de dosage CH3COO - + H3O + + Na+ + OH- H2O + CH3CONa

La courbe preacutesente un point anguleux au moment de la neutralisation totale des ions CH3COO+ par les ions OH- En ce point le nombre de moles OH- (CNaOH VNaOH) contenus dans le volume VNaOH de NaOH ajouteacute est eacutegale au nombre de moles CH3COO+ (= Vvinaigre Cvinaigre) contenus dans le volume initiale Vvinaigre de CH3COOH Crsquoest ce qui est exprimeacute par la relation suivante

CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+

CNaOH VNaOH =Vvinaigre Cvinaigre

Ougrave CNaOH Molariteacute de NaOH (connue)

VNaOH volume de NaOH ajouteacute pour atteindre la neutralisation totale (inconnu) Cvinaigre Molariteacute de CH3COOH (inconnue)

Vvin Volume de la solution de CH3COOH (connu)

- Evreolution de la conductiviteacute du meacutelange lors de lrsquoajout de la solution de soude

La conductiviteacute diminue quand on ajoute les premiers volumes de NaOH Car il y a consommation des ions H3O+ par les ions OH-

Apregraves lrsquoeacutequivalence ou point de neutralisation la conductiviteacute se met agrave augmenter au fur et agrave mesure que lrsquoon ajoute du NaOH Car les ions OH- vont rester libres (du fait de lrsquoabsence des ions CH3COO+) dans la solution Le nombre de drsquoions OH- augmente Drsquoautre part la conductiviteacute molaire ionique des ions hydroxyde est beaucoup plus importante que celle des ions sodium et eacutethanoate Donc la conductiviteacute de la solution augment davantage agrave chaque ajout de solution drsquohydroxyde de sodium et on observe un changement important de la pente de la droite La connaissance du volume Vvij de la molariteacute de NaOH et la deacutetermination du volume VNaOH de NaOH (tireacute du point de neutralisation) permet alors de calculer la molariteacute de CH3COOH 34 Calcul du degreacute drsquoaciditeacute du vinaigre Le degreacute ddeg drsquoun vinaigre est eacutegal agrave la masse mA drsquoacide eacutethanoiumlque contenue dans 100g de vinaigre (on considegravere que la masse volumique du vinaigre est eacutegale agrave 1gml-1) Il est donneacute par la relation

ddeg = CA M(CH3COOH)x(m)

ddeg mA mA masse drsquoacide contenu dans les 100 g de vinaigre CA Concentration molaire en acide aceacutetique de la solution A M(CH3COOH) masse molaire de lrsquoacide aceacutetique CH3COOH m masse de vinaigre (100g)

masse volumique du vinaigre ( 1gcm3) Donneacutees Masses molaires atomiques

Hydrogegravene 1gmol Carbone 12gmol Oxygegravene 16gmol

On considegravere que la masse volumique du vinaigre est approximativement eacutegale agrave 1gml-1

Nettoyer le mateacuteriel et laissez la paillasse propre MERCI

L E C T U R E

1 - La conductiviteacute de lrsquoeau Controcircle de pureteacute de lrsquoeau

Dans la deacutemineacuteralisation et la deacutesionisation de leau la mesure de la conductiviteacute permet de controcircler et

danalyser les eaux courantes les eaux de chaudiegraveres les eaux mineacuterales etc Elle permet de deacuteterminer le

taux de saliniteacute de leau de mer Le titrage des ions chlorure dans lrsquoeau du robinet permet son controcircle de

qualiteacute

La conductiviteacute traduit la mineacuteralisation totale de leau Sa valeur varie en fonction de la tempeacuterature Elle

est donneacutee agrave 20degC

Sa mesure permet de deacuteceler immeacutediatement une variation de la composition de leau par exemple

- Baisse de conductiviteacute de leau dun reacuteseau de chauffage due agrave lentartrage

- Reacuteglage de la purge dune chaudiegravere ou dun circuit de refroidissement pour limiter la concentration

des sels dissous

- Controcircle de la production dune chaicircne de deacutemineacuteralisation

La conductiviteacute est geacuteneacuteralement mesureacutee en micro-Siemens par cm (microScm) approximativement la valeur

en microScm correspond agrave la saliniteacute en mgl

Niveau guide de la conductiviteacute agrave 20degC drsquoune eau destineacutee agrave la consommation humaine 400 microScm

50 agrave 400 qualiteacute excellente

400 agrave 750 bonne qualiteacute

750 agrave 1500 qualiteacute meacutediocre mais eau utilisable

gt 1500 mineacuteralisation excessive

2 - Titrage des ions chlorure dans le lait

Le lait anormal peut ecirctre automatiquement rejeteacute par un controcircle systeacutematique avant sa mise en vente sur

le marcheacute Crsquoest par la mesure conductimeacutetrique de la concentration en ions chlorure dans le lait qui permet

de veacuterifier la qualiteacute de ce lait

Dans certaines eacutetables la conductiviteacute du lait de vache est mesureacutee lors de la traite afin de deacutetecter une

possible inflammation des mamelles (mammites) qui rend impropre la consommation du lait La

conductiviteacute du lait deacutepend essentiellement des concentrations en ions sodium Na+ potassium K+ et chlorure

Cl- Les mammites en provoquant une eacuteleacutevation des concentrations en ions Na+ et Cl- augmentent la

conductiviteacute du lait Dans le lait frais de vache la concentration massique moyenne en ions chlorure se situe

entre 08 gL-1 et 12 gℓ -1 Dans le cas de laits dits laquo mammiteux raquo la valeur moyenne est voisine de 14 gℓ-1

3 - Conductiviteacute du plasma

La mesure de la conductiviteacute du plasma est un examen de pratique courante qui permet de deacuteterminer la

concentration du plasma en eacutelectrolytes mineacuteraux Les mesures donnent

= 10-2 -1cm-1

Ce chiffre ne donne pas une ideacutee exacte de la concentration du plasma en eacutelectrolytes mineacuteraux En effet le

liquide ceacutephalo-rachidien qui a une concentration comparable en cristalloiumldes eacutelectrolytiques donne des

valeurs plus eacuteleveacutees (12 10-2) La diffeacuterence est due aux proteacuteines qui diminuent beaucoup la mobiliteacute et

lactiviteacute des petits ions Il faut donc corriger la valeur mesureacutee en tenant compte du taux de proteacuteines

plasmatiques Une formule proposeacutee est

corrigeacutee = mesureacutee (100 100 - 022P)

Ougrave P est le taux de proteacuteines en grammes par litre (valeur normale 70 agrave 75) On trouve alors pour la

corrigeacutee normale corrigeacutee = 2 10-2 -1cm-

TP 3 - Viscosimegravetrie I - But

- Deacutetermination de la masse volumique drsquoun corps et de la pousseacutee drsquoArchimegravede

- Deacutetermination du coefficient de viscositeacute de 3 liquides agrave lrsquoaide drsquoun viscosimegravetre de Hopper agrave chute de bille

II - Rappels

II 1 - Mouvement dune particule dans un fluide

Le deacuteplacement dune particule ou moleacutecule dans un fluide se fait sous laction

- de lrsquoagitation thermique (diffusion)

- dun champ gravidique (centrifugation)

- dun champ eacutelectrique (eacutelectrophoregravese)

Elle est freineacutee

- soit par des chocs avec les autres moleacutecules (solvant soluteacute)

- soit par la reacutesistance due aux interactions (Van der Waals Hydrogegravene parois )

Leffet des chocs et des interactions entre les moleacutecules en deacuteplacement se traduit par un ralentissement de leur mouvement Comme sous leffet dune force continue qui tend agrave sopposer agrave ce deacuteplacement Crsquoest ce qursquoon appelle force de frottement ou de viscositeacute

La cause de ces frottements reacuteside dans les forces drsquoattraction intermoleacuteculaires ou forces de Van- Der ndash Walls On aura agrave faire agrave des

- solides dits rigides les interactions sont tregraves fortes - liquides si les interactions sont faibles - gaz si interactions sont faibles tregraves faibles

Nous retiendrons ici la loi de Stokes qui traduit la force de reacutesistance au mouvement drsquoun solide spheacuterique dans un liquide

Frottement = 6 r v

Ougrave r et v sont respectivement le rayon et la vitesse de deacuteplacement du corps dans le fluide de cœfficient

de viscositeacute

La mesure de la viscositeacute constitue un moyen important et simple deacutetude de la structure des macromoleacutecules ou des assemblages (colloiumldes micelles) Cest une proprieacuteteacute qui est intimement et directement relieacutee agrave la forme et aux dimensions des particules contenues dans la solution

II 2 - Etude geacuteneacuterale de la chute drsquoune bille dans un liquide

Une bille de rayon r et de masse volumique est lacirccheacutee dans un liquide visqueux de coefficient de

viscositeacute avec une vitesse initiale nulle La bille est alors soumise agrave trois forces (fig1)

- Le poids (43) r3 bille g (1)

- La force de viscositeacute FStokes = 6 r v (2)

- La force drsquoArchimegravede (43)r3liquide g (3) Ougrave

(Liquide et bille (kgm-3) masse volumique du liquide et de la bille t (s) temps mis par la bille pour parcourir la hauteur laquoh raquo

(Pas) coefficient de viscositeacute du liquide h (m) hauteur de chute g (ms-2) gravitation

0 1 2 3 4

12 Mouvement uniforme

cceacuteleacute

reacute05 s

Temps neacutecessaire pour atteindreun mvt uniforme

V limite

= 1113ms

-sup2)

Temps (s)

La loi fondamentale de la dynamique srsquoeacutecrit

Application Lrsquoeacutequation (5) srsquoeacutecrit dans le cas de la glyceacuterine pure ( 15Pas) (fig2)

1)9exp(1131)( ttv

Et la vitesse limite est smtv ite1131)(

La mesure du temps t de chute sur une hauteur h permet de calculer - La vitesse de deacuteplacement de la bille

v = h t

- Et la viscositeacute de la solution consideacutereacutee

En utilisant les eacutequations 1 2 et 3 on deacuteduit le coefficient de viscositeacute

corps tempeacuterature (degC) viscositeacute (SI)

0 171 times 10-6

50 194 times 10-6

100 220 times 10-6

0 179 times 10-3

202 10-3

50 055 times 10-3

100 028 times 10-3

glace -13 15 times 1012

mercure

170 times 10-3

aceacutetone 0326 times 10-3

meacutethanol 059 times 10-3

Fluide de la vie courante

miel 20 101

huile de ricin 20 0985

glyceacuterine 20 15

huile dolive 20 [81 times 10-3100 10-3]

cafeacute cregraveme 20 10 times 10-3

sang 37 [4 times 10-325 times 10-3]

peacutetrole 20 065 times 10-3

Fig2 - v = f(t) Cas de la glyceacuterine pure

Tableau 1 - Coefficients de viscositeacute de quelques fluides (sous pression atmospheacuterique)

Repegravere

NB Uniteacutes de la viscositeacute

SI (Poiseuille) kgm-1s-1

CGS (Poise) gcm-1s-1

1 Poiseuille = 10 Poises

dvmgeaurrvmg

En neacutegligeant la force drsquoArchimegravede par rapport agrave la force poids et apregraves reacutesolution de lrsquoeacutequation

diffeacuterentielle on obtient la solution

)1)exp()( t

Avec k = 6 r

Fig1 - Bilan des forces dans le mouvement de la bille

Le traceacute du graphe (eacutequation 6) est repreacutesenteacute sur la figure 2 Conclusion Dans la glyceacuterine la bille atteint donc un mouvement uniforme de vitesse eacutegale agrave 1113 ms au bout de 05s apregraves le deacutebut de sa chute (t = 0s)

II 4 - Cas du mouvement uniforme Lrsquoeacutequation de la loi fondamentale de la dynamique srsquoeacutecrit

0 kmFext

rliquidebille

(5) (8)

III - Manipulation

III1 - Deacutetermination de la masse volumique et de la pousseacutee drsquoArchimegravede drsquoun corps difforme (Caillou ou bille)

Deacutefinitions

- La masse volumique drsquoun corps donneacute est la masse m de ce corps rapporteacutee au volume V qursquoil

occupe = m V Avec

Elle srsquoexprime en gcm-3 [CGS] ou en kgm-3 [SI]

La mase est mesureacutee agrave lrsquoaide drsquoune balance Lrsquoerreur sur m est donneacutee par le constructeur ( m = 01g)

Le volume de la bille est mesureacute agrave lrsquoaide drsquoune eacuteprouvette (ou drsquoun pied agrave coulisse) ougrave on met un volume V1 drsquoeau En y plongeant la bille le volume devient V2 Lrsquoerreur de lecture faite sur la mesure du volume est estimeacutee eacutegale agrave une graduation de lrsquoeacutechelle de lrsquoeacuteprouvette Soit ∆V=1ml

Deacutefinition La pousseacutee drsquoArchimegravede que subit un corps immergeacute est eacutegale agrave la force poids du volume du liquide deacuteplaceacutee

gVgmP corpsliquide )(

Elle srsquoexprime en kgms-2 [SI] ou en Newton (N)

Lrsquoerreur faite sur la pousseacutee drsquoArchimegravede est estimeacutee eacutegale agrave V

Fluides (gcm-3 )

Alcool 08

Mercure 136

Glyceacuterine 126

Air 1310-9

Fig3 - a) Burette gradueacutee b) Utilisation et lecture des graduations drsquoune verrerie et c) Pierre d) bille

Tableau 2 - Masse vvolumique de quelques fluides

III2 - Deacutetermination du coefficient de viscositeacute drsquoun liquide

III21 - Preacutesentation du viscosimegravetre

Lrsquoappareil le viscosimegravetre de Hopper agrave chute de bille permet de visualiser et de deacuteterminer la viscositeacute de trois liquides diffeacuterents

Lrsquoappareil (fig4) est composeacute de supports solidaires du bacircti qui permettent le retournement bout agrave bout (180deg) du viscosimegravetre pour laisser les billes initier leur chute respective Des tubes en verre en nombre de trois sont fixeacutes au bacircti et contiennent de la

- Glyceacuterine pure tube 1

- Glyceacuterine dilueacutee 10 tube 2 (Liquide A)

- Glyceacuterine dilueacutee 5 tube 3 (Liquide B)

Billes en acier

Diamegravetre des billes 2 mm

Masse volumique de la bille 7800kgm-3 = 78 gcm-3

Masse volumique de lrsquoeau 1 gcm-3

Gravitation g 10 cms-2

Fluides

Tube 1 Glyceacuterine pure

Tube 2 (Liquide A) Dilueacutee agrave 10

Tube 3 (Liquide B) Dilueacutee agrave 5

Masse volumique de la glyceacuterine pure 1260kgm-3

Fig 4 - a) Viscosimegravetre de Hopper b) Scheacutema de la chute de la bille

Tube 2 Tube 3

Tube 1

Tableau 3 - Donneacutees physiques

Repegraveres

Tube rempli de glyceacuterine

III22 - Manipulation

Disposant du viscosimegravetre agrave bille il srsquoagit de chronomeacutetrer le temps de chute drsquoune bille sur une distance choisie agrave la tempeacuterature ambiante dans les liquides dont on veut connaicirctre la viscositeacute

Avant de commencer toute mesure il faut

- Srsquoassurer que les trois billes sont au mecircme niveau crsquoest agrave dire qursquoelle repose dans le fond du tube

- Retourner lrsquoappareil bout pour bout la bille se retrouvant en haut tombe agrave travers le liquide

Observer attentivement le mouvement des billes Faites votre commentaire

- A lrsquoaide drsquoun chronomegravetre faire au moins 3 mesures coheacuterentes du temps de chute pour chaque bille Refaire le mecircme travail pour les deux autres

- Calculer la vitesse de la chute de chacune des billes

- En deacuteduire agrave lrsquoaide de la relation (4) la viscositeacute de chaque liquide

Remarque Si on met agrave votre disposition un aimant utiliser le pour faire monter la bille jusqursquou niveau voulue Il est dont inutile de retourner le viscosimegravetre pour faire vos mesures

Nettoyez et rangez le mateacuteriel et laissez la paillasse propre MERCI

Votre Attention SVP Le dispositif que vous utilisez est fragile il faut le manipuler avec grand soin MERCI

L E C T U R E

1) Deacutefinitions

Sous leffet des forces dinteraction entre les moleacutecules de fluide et des forces dinteraction entre les moleacutecules de fluide et celles de la paroi chaque moleacutecule de fluide ne seacutecoule pas agrave la mecircme vitesse On dit quil existe un profil de vitesse

Si on repreacutesente par un vecteur la vitesse de chaque particule situeacutee dans une section droite perpendiculaire agrave leacutecoulement densemble La courbe lieu des extreacutemiteacutes de ces vecteurs repreacutesente le profil de vitesse Le mouvement du fluide peut ecirctre consideacutereacute comme reacutesultant du glissement des couches de fluide les unes sur les autres La vitesse de chaque couche est une fonction de la distance z de cette courbe au plan fixe v= f(z)

Consideacuterons 2 couches contigueumls distantes de dz

La force de frottement F qui sexerce agrave la surface de seacuteparation de ces deux couches soppose au glissement dune couche sur lautre Elle est proportionnelle agrave la diffeacuterence de vitesse des couches soit dvdz agrave leur surface S et inversement proportionnelle agrave dz

Le facteur de proportionnaliteacute est le coefficient de viscositeacute dynamique du fluide

Dimension [ ] = M L-1 T-1

Uniteacute Dans le systegraveme international (SI) luniteacute de viscositeacute est le Pas ou Poiseuille (Pl)

1 Pl = 1 kgm-1s-1= 1 Pas

Dans le systegraveme international (CGS) Luniteacute est le Poise (Po) 1 Pl = 10 Po

Par rapport aux faits expeacuterimentaux on est conduit agrave consideacuterer deux types de fluides

- Drsquoune part les fluides newtoniens qui satisfont agrave la loi de Newton Ces fluides ont un coefficient de viscositeacute indeacutependant du gradient de vitesse Crsquoest le cas des gaz des vapeurs des liquides purs de faible masse molaire

- Drsquoautre part les fluides non newtoniens Ce sont les solutions de polymegraveres les pureacutees les gels les boues le sang la plupart des peintures etc Lrsquoeacutetude de ces fluides relegraveve de la rheacuteologie fluides pseudo plastiques rheacuteoplastiques thixotropiques rheacuteopectiques

Viscositeacute cineacutematique La viscositeacute cineacutematique υ sobtient en divisant la viscositeacute

dynamique par la masse volumique soit

Dimension [] = L2 T-1 uniteacute SI m2s systegraveme cgs le Stoke (St) 1m2s = 106 cSt

Variation de la viscositeacute de lrsquoeau en fonction de la tempeacuterature

2) Le Sang

a) La Rheacuteologie du Sang

Le sang est une suspension deacuteleacutements globulaires appeleacutes eacuteleacutements figureacutes dans une solution aqueuse appeleacutee le plasma Les eacuteleacutements globulaires sont cellulaires et occupent environ 50 du volume total Les eacuteleacutements globulaires sont largement domineacutes par les globules rouges Il nexiste effectivement quun globule blanc pour 30 plaquettes et pour 600 globules rouges Il ne sera donc pas eacutetonnant de sapercevoir que le comportement rheacuteologique du sang est eacutetroitement lieacute agrave celui des globules rouges Le plasma est une solution aqueuse contenant des sels inorganiques et des proteacuteines organiques Les globules rouges sont des cellules discoiumldales biconcaves de diamegravetre de 8 agrave 9 um

Pour les faibles deacuteformations le module de Young [1] de la membrane est tregraves faible 104 Dynecm2 Les globules rouges ont tendance agrave sagglomeacuterer face contre face en formant des rouleaux constitueacutes par le groupement de deux agrave dix globules Ce pheacutenomegravene serait ducirc agrave des causes dorigine eacutelectrostatique Les rouleaux sont des assemblages qui se deacutefont facilement sous laction de faibles contraintes de cisaillement La deacuteformabiliteacute des globules rouges est remarquable mais ce sont des cellules extrecircmement fragiles Les proprieacuteteacutes particuliegraveres de ces globules rouges laissent preacutevoir pour le sang un comportement rheacuteologique original qui selon les conditions est celui dun fluide newtonien dun fluide non newtonien

Le module de Young est le module deacutelasticiteacute dun mateacuteriau plus il est faible plus le mateacuteriau est eacutelastique plus il est grand plus il est rigide

Les proprieacuteteacutes rheacuteologiques du sang sont complexes et influenceacutees par de nombreux facteurs et cela dautant que le sang nest pas un fluide homogegravene Parmi ces proprieacuteteacutes la relation entre contraintes appliqueacutees et vitesse de deacuteformation est une des plus importantes agrave connaicirctre

Comportement newtonien du sang La viscositeacute du sang

Puisquil ny a quun seul globule blanc pour 30 plaquettes et 600 globules rouges le comportement rheacuteologique du sang est eacutetroitement lieacute au comportement des globules rouges Ce comportement est newtonien quand les contraintes visqueuses sont assez fortes mais il faut aussi que leacutechelle des longueurs ne soit pas quelconque ainsi le diamegravetre des conduits doit ecirctre bien plus grand que celui des globules Les facteurs influenccedilant la viscositeacute du sang sont lheacutematocrite la tempeacuterature la deacuteformabiliteacute des heacutematies

- Lheacutematocrite le sang est une suspension de particules dans un liquide newtonien Plus lheacutematocrite augmente et plus la viscositeacute est grande

- La tempeacuterature entre 23 et 37degC la viscositeacute apparente du sang ne change pas avec la tempeacuterature quand le gradient de vitesse est eacuteleveacute (supeacuterieur agrave 80 cms) mais augmente quand celui-ci est faible (infeacuterieur agrave 1 cms)

- La deacuteformabiliteacute des heacutematies indeacutependamment de leur concentration (lheacutematocrite) et de leur agreacuteabiliteacute la deacuteformabiliteacute et la viscositeacute interne des heacutematies jouent un rocircle tregraves important dans la viscositeacute sanguine globale A leacutetat normal la viscositeacute du sang est 3 fois plus grande que celle du plasma Mais en rigidifiant les heacutematies au moyen de drogues comme le glutaralheacutehyde on constate que la viscositeacute apparente du milieu augmente consideacuterablement Le sang ne se comporte pas comme une suspension de particules solides mais plutocirct comme une suspension de gouttes de liquide deacuteformables Cette deacuteformabiliteacute deacutepend des proprieacuteteacutes meacutecaniques de la membrane de la goutte et de sa viscositeacute

interne (heacutemoglobine) Il est en tout cas remarquable que mecircme avec un heacutematocrite de 95 le sang continu agrave se comporter comme un liquide

b) Comment laspirine peut-elle proteacuteger le cœur

A faible dose laspirine empecircche les plaquettes du sang de sagglutiner entre elles et ainsi former de dangereux caillots dans les vaisseaux cest leffet dit anti-agreacutegant plaquettaire On utilise donc laspirine au quotidien chez certaines personnes agrave risque pour fluidifier le sang ou rendre son coefficient de viscositeacute normal Et ce pour preacutevenir les attaques cardiaques et ceacutereacutebrales Dans cette indication une dose de 80 agrave 325 mgjour (sur avis meacutedical) apporte selon plusieurs eacutetudes une protection reacuteelle aux personnes de plus de 50 ans qui preacutesentent au moins un facteur de risque cardio-vasculaire comme lhypertension ou lobeacutesiteacute

3) La glyceacuterine

La glyceacuterine ou glyceacuterol se preacutesente sous la forme dun liquide transparent visqueux incolore inodore non toxique et au goucirct sucreacute Le glyceacuterol peut se dissoudre dans les solvants polaires gracircce agrave ses 3 groupes hydroxyle (OH) Il est donc soluble dans leau et leacutethanol

Dans les organismes vivants le glyceacuterol est un composant important des glyceacuterides (graisses et huiles) et des phospholipides Quand le corps utilise les graisses stockeacutees comme source deacutenergie du glyceacuterol et des acides gras sont libeacutereacutes dans le sang

Masse molaire 9209 gmol-1

Tempeacuterature de fusion 179 degC (sous 1 bar)

Tempeacuterature deacutebullition 290 degC (sous 1 bar)

Densiteacute 1261 gcm-3

Viscositeacute dynamique agrave 20 degC 1 490 mPas

a) Synthegravese

Le glyceacuterol est formeacute durant la fermentation malolactique du vin

Le glyceacuterol peut ecirctre obtenu lors de la reacuteaction de saponification des corps gras Cette reacuteaction seacutecrit

corps gras + soude --gt savon + glyceacuterol

Le glyceacuterol est un sous produit de la saponification dont le but premier est de fabriquer du savon agrave partir de matiegraveres grasses animales ou veacutegeacutetales

La glyceacuterine est un sous-produit de la transesterification dhuiles veacutegeacutetales lors de la production desters meacutethyliques drsquohuiles veacutegeacutetales (EMHV) qui servent de carburants sous la deacutenomination de biodiesel ou diester

b) Utilisation

- Meacutedicaments

Sous forme meacutedicamenteuse elle est hydratante ameacuteliore lonctuositeacute et la lubrification des preacuteparations pharmaceutiques Elle est aussi utiliseacute dans les suppositoires sirops pour la toux et les expectorants

- Cosmeacutetiques

La glyceacuterine est un humectant qui protegravege leacutepiderme adoucit la peau et la rend plus souple et plus extensible Dans des conditions normales dhumiditeacute la glyceacuterine diminue la perte en eau due agrave la transpiration et reacuteduit la vitesse deacutevaporation de leau

Dans les cosmeacutetiques le glyceacuterol est souvent utiliseacute comme agent hydratant solvant et lubrifiant Il a meilleur goucirct (ceci reste agrave confirmer puisque seul il a un goucirct deacutesagreacuteable) et est plus soluble que le

sorbitol qui le remplace souvent Utiliseacute dans les dentifrices les bains de bouche les cregravemes hydratantes les produits capillaires et les savons Composant des savons agrave la glyceacuterine

La glyceacuterine est un ingreacutedient freacutequent des recettes maison de soins du corps

TP 4 Ph-meacutetrie I Objectif

Le but de ce TP est de se familiariser avec le Ph-megravetre et de mener deux seacuteries de mesure de pH La premiegravere consiste en la mesure du Ph de certaines solutions (eau potable javel vinaigre etc) La seconde concerne la reacutealisation drsquoun dosage drsquoun acide pour deacuteterminer sa concentration molaire Il srsquoagit ensuite de calculer le degreacute drsquoaciditeacute de la solution

1) Quest ce que le Ph

Laciditeacute est une notion qui nous est familiegravere car de nombreux aliments et boissons sont acides agrave des degreacutes variables le vinaigre le jus de citron la tomate les agrumes etc A lrsquo opposeacute des solutions acides il existe des solutions basiques Il est difficile pour nous de comprendre ce quest une solution basique car les aliments et boissons ne le sont presque jamais On trouve plutocirct des solutions basiques parmi les produits dentretien comme leau de javel ou les deacutetergents Le pH est un nombre qui indique si une solution est acide ou basique et avec quel degreacute (faiblement ou fortement)

Si le Ph est compris entre 0 et 7 la solution est acide

Plus le Ph faible donc proche de 0 et plus la solution est acide (Exemples acide chlorhydrique concentreacute Ph = 0 limonade Ph ~ 3 etc)

Si le pH est compris entre 7 et 14 la solution est basique

Plus le pH est eacuteleveacute donc proche de 14 et plus la solution est basique (Exemples Soude caustique pH = 14 eau de javel Ph ~12 etc)

Si le pH est eacutegale agrave 7 alors la solution nest ni acide ni basique on dit quelle est neutre Le pH est une des rares grandeurs chimiques agrave ne pas posseacuteder duniteacute

2) Comment mesure-t-on le Ph

Le Ph drsquoune solution peut ecirctre eacutevalueacute en utilisant du papier Ph Il sagit de bandelettes imbibeacutees de produits chimiques qui prennent des couleurs diffeacuterentes selon le Ph

Il suffit alors de deacuteposer une goutte de solution sur une bandelette et dobserver sa couleur En comparant cette couleur agrave un index on en deacuteduit la valeur du Ph

Remarque Il sagit dune meacutethode qui ne donne quune valeur approximative et ne permet de deacuteterminer le pH quagrave luniteacute pregraves

Le pH dune solution peut ecirctre mesureacute en utilisant un appareil appeleacute pH-megravetre Il est constitueacute dune sonde elle mecircme constitueacutee deacutelectrodes Apregraves avoir plongeacute cette sonde dans une solution lrsquoapppareil affiche la valeur du pH

Le pH-megravetre permet une mesure rapide et preacutecise en geacuteneacuteral au dixiegraveme pregraves

II Appareillage PH- megravetre

Le pH-megravetre (fig1a) est constitueacute dun boicirctier eacutelectronique permettant laffichage de la valeur numeacuterique du pH et dune sonde de pH constitueacutee dune eacutelectrode de verre (fig1b) permettant la mesure et dune eacutelectrode de reacutefeacuterence En fonction de la concentration en ions hydronium (=oxonium) H3O+ il indique la valeur du pH Plus la solution contient drsquoions H3O+ plus la valeur du pH est faible

Fig2 Scheacutema du PH-megravetre

Fig1 PH-megravetre a) et Sonde de Ph agrave eacutelectrodes combineacutees b)

Lrsquoappareil est deacutecrit par la figure 2 et les annotations suivantes

1) Afficheur agrave cristaux liquides (LCD)

2) Touche laquo CFM raquo pour confirmer lrsquoeacutetalonnage

3) Touche laquo Cal raquo pour entrer ou sortir du mode eacutetalonnage

4) Touche laquo TdegC raquo pour deacutecreacutementer la tempeacuterature ou seacutelectionner les solutions drsquoeacutetalonnage

5) Touches laquo degC raquo pour deacutecreacutementer manuellement la tempeacuterature ou seacutelectionner les solutions drsquoeacutetalonnage

6) Touche laquo MR raquo pour afficher la valeur meacutemoriseacutee

7) Touche laquo Mem raquo pour meacutemoriser une valeur

8) Touche laquo ONOFF raquo (MarcheArrecirct)

9) Afficheur de la tempeacuterature de la solution

Fig4 - Exemple deacutelectrode de reacutefeacuterence au calomel satureacute

Fig3 - Scheacutema dune sonde de Ph

Lrsquoeacutelectrode est illustreacutee par la figure 4 Son scheacutema (fig 3) est annoteacute par la leacutegende suivante

1 Corps de leacutelectrode de verre 2 Cristaux de KCl (visibles dans certains cas lorsque la solution est sursatureacutee) 3 Solution satureacutee en KCl 4 Fil conducteur relieacute agrave leacutelectrode de verre 5 Verre actif 6 Eacutelectrode de reacutefeacuterence au calomel (autre possibiliteacute eacutelectrode agrave AgAgCl) 7 Jonction eacutelectrolytique

III Etalonnage du pH-megravetre

Un eacutetalonnage reacutegulier est indispensable agrave la bonne reproductibiliteacute des mesures de Ph Les parties sensibles drsquoune eacutelectrode sont le bulbe et la jonction de reacutefeacuterence (fig 4) Ces deux parties situeacutees au bas de la sonde doivent ecirctre toujours hydrateacutees Elles permettront par contact avec la solution la mesure du Ph

Pour eacutetalonner en Ph il faut tremper la sonde dans une solution eacutetalon appeleacute solution tampon solution de pH stable et dont la valeur est connue

Etalonner le Ph-megravetre en immergeant la sonde propre et segraveche successivement dans deux solutions tampon Attendre agrave chaque fois la stabilisation de lrsquoappareil de maniegravere agrave ce qursquoil affiche la valeur du pH de la solution en question

Tempeacuterature (degC) pH

10 399 705 1045

15 399 703 1029

20 399 701 1014

25 400 700 1000

30 400 699 987

35 401 698 975

40 402 697 964

Tableau 1 - Variation du Ph(3 solutions tampon) en fonction de la tempeacuterature

Pour effectuer un eacutetalonnage on choisit une solution tampon adapteacutee agrave la solution dont on veut deacuteterminer le Ph

- Pour une eau acide on utilisera une solution eacutetalon de pH=4 et une autre de pH=7

- Pour une eau alcaline on utilisera une solution eacutetalon de pH=7 et une autre de pH=10

Puisque le but de ce TP est le dosage drsquoun acide par une base on utilisera deux solutions tampon de pH7 et 4 Entre les deux mesures rincer abondamment agrave leau deacutemineacuteraliseacutee et seacutecher deacutelicatement avec le papier de laboratoire Une fois lrsquoeacutetalonnage termineacute lrsquoappareil est precirct agrave utilisation Le pH-Megravetre utiliseacute dans cette manipulation est agrave compensation automatique de la tempeacuterature Trempez la sonde dans la solution tampon (pH4 ou pH10) Ajustez le potentiomegravetre ou bouton pH4 ou pH10 agrave la valeur correspondante

IV Expeacuterimentation

1 Mode opeacuteratoire (fig3)

Verser dans un becirccher (250 ml) une cinquantaine (50) de ml de la solution tampon de telle sorte que la sonde soit immergeacutee agrave 4cm environ Ajouter de lrsquoeau distilleacutee pour atteindre le niveau souhaiteacute Il est agrave remarquer que lrsquoajout de lrsquoeau distilleacutee ne change pas le Ph drsquoune solution Introduire le barreau magneacutetique

Fig3 - Scheacutema du montage du titrage

Allumer lagitateur Attendre quelques instants que toute leau se mette en rotation Tremper leacutelectrode et la sonde de tempeacuterature dans le becirccher en prenant garde de ne pas les mettre dans la trajectoire du barreau aimanteacute en rotation ni de leur faire toucher les parois Lire ensuite la tempeacuterature afficheacutee sur le pH-megravetre et noter le pH de la premiegravere solution tampon apregraves avoir attendu la stabilisation de la mesure Reacutepeacuteter la mesure pour la deuxiegraveme solution tampon Le pH-megravetre est agrave preacutesent eacutetalonneacute

2 Mesure du Ph de quelques solutions

Solutions Eau

distilleacutee

du robinet Vinaigre

Eau de Javel

Lessive Soude Acide

chlorhydrique Coca- cola

Nature de la

Solution

solution

Tableau 1 - Ph de quelques solutions

3 Dosage ou titrage drsquoun acide Dans un beacutecher 250ml verser sur une hauteur drsquoenviron 4cm la solution HCl de concentration inconnue Mesurer le Ph de la solution obtenue Ajouter des volumes successifs de NaOH de concentration connue et mesurer agrave chaque fois le pH de la solution obtenue Il faut prendre plusieurs points expeacuterimentaux autour du point drsquoeacutequivalence (consulter lrsquoenseignant(e) Tracez la courbe de variation du pH de la solution en fonction des volumes de NaOH ajouteacutes Relever le point de neutralisation ou drsquoeacutequilibre E En deacuteduire la concentration molaire du vinaigre

Leacutequation dun dosage est-elle neacutecessairement associeacutee agrave une transformation totale

bull Leacutequation de la reacuteaction du dosage dun acide AH par la soude

est bull Agrave leacutequivalence et avant leacutequivalence la quantiteacute dions hydroxyde restante agrave leacutetat final du systegraveme est neacutegligeable Lavancement final est tregraves proche de lavancement maximal ce qui donne un taux

davancement = x final x initial est eacutegal agrave 1

1 Burette 2 Electrode de Ph 3 Beacutecher 4 Ph-megravetre 5 Barreau magneacutetique ou aimant 6 Agitateur magneacutetique

Leacutequation de la reacuteaction du dosage dun acide AH par la soude est

On deacutetermine le point deacutequivalence en exploitant la courbe pH = f(VNaOH) par la meacutethode des tangentes parallegraveles Une premiegravere meacutethode de deacutetermination des coordonneacutees du point deacutequivalence agrave partir de la courbe pH = f (VNaOH) nommeacutee laquo meacutethode des tangentes parallegraveles raquo consiste agrave tracer deux tangentes parallegraveles de part et dautre du saut de pH puis de tracer une troisiegraveme droite eacutequidistante et parallegravele aux deux premiegraveres Le volume eacutequivalent VE est le volume pour lequel la droite (D) preacutesente un point dintersection avec la courbe pH = f (VNaOH)

En ce point drsquoeacutequivalence la courbe preacutesente un point anguleux au moment de la neutralisation totale des ions H3O + par les ions OH- Cest-agrave-dire qursquon en ce pont E le nombre de moles OH- (CNaOH VNaOH) contenus dans le volume VNaOH ajouteacute est eacutegal au nombre de moles H3O + (=VHCl CHCl) contenus dans le volume initiale drsquoacide Crsquoest ce qui est exprimeacute par la relation suivante

CNaOH VNaOH =VHCl CHCl

VNaOH volume de NaOH ajouteacute pour atteindre la neutralisation totale (inconnu) C HCl Molariteacute de HCl (inconnue) V HCl volume de la solution de HCl (connu)

24 - Deacutetermination du degreacute drsquoaciditeacute du vinaigre

Le titre (ou laciditeacute) dune solution est donneacute en degreacute (deg) 100deg correspond agrave 100 g Sur les eacutetiquettes colleacutee aux bouteilles drsquoacide du commerce est indique le degreacute ddeg comme toutes les autres informations sur la composition etc Le degreacute drsquoaciditeacute exprime la masse en gramme drsquoacide HCl dans 100 g de la solution

ddeg = CA MHCl x(m)

Avec ddeg= mA

CA Concentration molaire en acide aceacutetique de la solution A MHCl masse molaire de lrsquoacide chlorhydrique HCL mA masse drsquoacide pur contenue dans 100g de la solution drsquoacide analyseacute

masse volumique de lrsquoacide (fortement dilueacute) est approximativement eacutegale agrave environ 1gcm3 Donneacutees Masses molaires atomiques (gmol) M(H) = 10 M(Cl) = 355 M(O) = 160

Remarque

- Ne jamais laisser le pH-megravetre allumeacute quand la sonde nrsquoest pas plongeacutee pas dans une solution - En fin de seacuteance la cellule de pH-meacutetrie doit ecirctre rinceacutee et rangeacutee dans son dispositif de protection (ou

placeacutee dans un beacutecher deau distilleacutee) pour eacuteviter les chocs mais aussi pour eacuteviter le dessegravechement

Nettoyez et rangez le mateacuteriel laissez la paillasse propre MERCI

Reacutefeacuterences bibliographiques

[1] F Gremy et F Letterier Eleacutements de Biophysique Edition Flammarion 1966 France

Bibliothegraveque SNV universiteacute Constantine PH012

[2] J Tonnelat Biophysique I Massons et Cie Editeurs 1966 France

[3]C0 Benezech J LLory Physique et Biophysique Meacutecanique Thermodynamique Physico-chimie

Massons et Cie Editeurs 1973 France

[4] Regis David Biophysique geacuteneacuterale Edition Presse universitaire de France 1979

[5]F Bouaballah A Mekkaoui Cours de biophysique 2egraveme anneacutee Pharmacie Edition OPU

[6] S Belazreg R Perdrisot JY Bounaud Biophysique Cours et Exercices

L E C T U R E

Les acides et les bases

On disait jadis quune solution est acide si elle fait virer le papier tournesol au rouge et basique si elle fait

virer le papier tournesol au bleu Hormis lutilisation des indicateurs coloreacutes (en bandelettes ou en compte-

goutte) la distinction entre acides et bases nest agrave fortiori pas quelque chose de facile A leacutepoque ougrave les

chimistes gouttaient tout ce quils syntheacutetisaient ce qui a dailleurs causeacute le deacutecegraves preacutematureacute de nombreux

expeacuterimentateurs ils choisissaient la distinction suivante

un liquide est un acide srsquoil pique au goucirct

un liquide est une base (ils employaient aussi le nom dalcali) srsquoil est doux au goucirct

On ne se trompe en effet pas si on goutte les substances suivantes

au boisson au cola est effectivement acide

une boisson peacutetillante est acide (de mecircme que toutes les boissons commercialiseacutees)

une eau savonneuse est basique

On ne peut en fait vraiment deacutefinir seacuterieusement la notion dacide et de base sans utiliser la notion de pH

Facteurs influenccedilant leacutechelle des pH

Le pH dune solution aqueuse est une mesure de leacutequilibre acide-base reacutealiseacute par diffeacuterents composeacutes

dissous dans la plupart des eaux naturelles il est controcircleacute par le meacutecanisme deacutequilibre anhydride

carbonique - bicarbonate - carbonate Voici les divers types deacutequilibre en cause

H2O harr H+ + OH- pKW = 140

CO2 (g) harr CO2 (aq)

CO2 (aq) + H2O harr H2CO3 pKa asymp 28

H2CO3 harr H+ + HCO3- pK1 = 635

HCO3- harr H+ + CO32- pK2 = 103

Ougrave les valeurs pK sont les valeurs agrave 25 degC

Tous ces eacutequilibres subissent linfluence de la tempeacuterature KWaccuse les plus grandes variations Dans leau

pure lorsque la tempeacuterature augmente de 25 degC le pH diminue denviron 045 Dans les eaux ayant un

pouvoir tampon ducirc aux ions bicarbonate carbonate et hydroxyde leffet de la tempeacuterature est modifieacute

Le pH de la plupart des sources deau brute est compris entre 65 et 85(6) Dans certaines sources deau

douce cependant le pH peut ecirctre consideacuterablement plus bas agrave cause du lessivage des acides organiques

provenant de la veacutegeacutetation en deacutecomposition(7)et de la preacutesence danhydride carbonique dissous(8) Dans

certaines sources deau souterraines lanhydride carbonique issu de loxydation bacteacuteriologique ne peut

ecirctre libeacutereacute dans latmosphegravere et il en reacutesulte un pH encore plus bas(9)

La concentration dions hydrogegravene peut ecirctre modifieacutee sensiblement au cours du traitement de leau La

chloration tend agrave abaisser le pH tandis que ladoucissement de leau agrave laide du proceacutedeacute chauxsoude leacutelegraveve

Une eacutetude portant sur les reacuteseaux daqueduc des 100 plus grandes villes des Eacutetats-Unis(10) a reacuteveacuteleacute que

mecircme si toutes les villes utilisaient une source deau brute dont le pH eacutetait infeacuterieur agrave 9 leau potable

distribueacutee par 17 de ces villes avait un pH supeacuterieur agrave 9 Leacutechelle du pH dans leau traiteacutee seacutetendait de 5 agrave

105 (valeur meacutediane)

Caracteacuteristiques physiques

Le goucirct et lodeur de leau potable proviennent dune grande diversiteacute de causes aucune geacuteneacuteralisation

nest possible en ce qui concerne leffet du pH sur ces paramegravetres Dans leau exposeacutee agrave la contamination

par le soufre la formation de sulfure dhydrogegravene gazeux (odeurs doeufs pourris) est

thermodynamiquement favoriseacutee lorsque le pH est infeacuterieur agrave 7 environ(13) Le trichlorure dazote qui a une

odeur piquante deacutesagreacuteable(23) a tendance agrave se former en plus grandes concentrations agrave des pH faibles

(ltpH 7) au cours du proceacutedeacute de chloration(24) On preacutetend eacutegalement quune eau dont le pH est eacuteleveacute

acquiert un goucirct amer(25)

Dans un eacutechantillon deau donneacute lintensiteacute de la coloration augmente avec leacuteleacutevation du pH(26) Cet effet

indicateur a ameneacute agrave imaginer que toutes les mesures agrave effectuer dans la perspective du controcircle de la

qualiteacute devraient se faire agrave un pH normaliseacute de 83(27)

On peut supprimer la turbiditeacute les composeacutes sapides et odorants les microorganismes ainsi que la couleur

par une combinaison des proceacutedeacutes de coagulation de floculation et de filtration Lefficaciteacute des proceacutedeacutes de

coagulation et de floculation deacutepend en grande partie du pH et il est dusage courant dans le traitement de

leau dajuster le pH afin de former le meilleur floc possible(2829) Lefficaciteacute de la filtration est dans

certains cas eacutegalement fonction du pH(30)

Caracteacuteristiques microbiologiques

Mecircme si la plupart des microorganismes tolegraverent la gamme des pH que lon trouve habituellement dans les

sources deau la plage qui favorise leur croissance rapide se limite ordinairement agrave une uniteacute de pH ou

En ce qui concerne la qualiteacute microbiologique de leau linfluence du pH sur lefficaciteacute de la deacutesinfection par

le chlore revecirct une grande importance Le pouvoir germicide du chlore dans leau diminue agrave mesure que le

pH augmente on attribue ce fait agrave la diminution de la concentration dacide hypochloreux lorsque le pH

augmente Lacide hypochloreux a un pouvoir germicide 100 fois plus grand environ que celui de lion

hypochlorite La plupart des eaux naturelles cependant contiennent de lazote ammoniacal qui reacuteagit avec

le chlore et lacide hypochloreux pour former des monochloramines des dichloramines et des trichloramines

(chlore combineacute disponible) dont la quantiteacute relative deacutepend du pH Dans de nombreuses usines de

traitement ayant recours agrave la deacutesinfection par le chlore sinon dans la plupart on ajoute suffisamment de

chlore pour oxyder tout lammoniac et maintenir un excegraves de chlore libre (chloration au point critique) Dans

ces conditions la concentration dacide hypochloreux est maximale agrave un pH denviron 75 et elle est plus

faible agrave des pH plus bas et plus eacuteleveacutes

La chloration de leau vise deux buts Elle sert dabord agrave rendre inactifs les organismes pathogegravenes preacutesents

dans leau avant que celle-ci ne peacutenegravetre dans le reacuteseau de distribution Elle a aussi pour but de faire en sorte

que le chlore reacutesiduel libre subsiste jusquau robinet du consommateur On peut soutenir quun pH eacuteleveacute

avec la reacuteduction du pouvoir germicide quil provoque nuit agrave lefficaciteacute du chlore libre dans le reacuteseau de

distribution Cependant il faut se rappeler que le systegraveme acide hypochloreuxion hypochlorite forme un

eacutequilibre chimique et que leacutelimination de lacide hypochloreux au cours de la reacuteaction avec les micro-

organismes entraicircnera sil y a du chlore reacutesiduel libre la formation dacide hypochloreux additionnel

Lacide hypochloreux reacuteagit moins vite comme deacutesinfectant agrave des pH moins eacuteleveacutes mais ce ralentissement

peut ecirctre compenseacute par une dureacutee de contact plus longue Le paramegravetre important est ici le chlore total

disponible (exprimeacute en HOCl et en OCl-)

Lozone qui est utiliiseacute dans plus de 20 installations de traitement deau au Queacutebec(38) et le bioxyde de

chlore qui est employeacute principalement au Canada pour controcircler le goucirct et lodeur sont aussi des agents de

deacutesinfection Leur efficaciteacute nest pas modifieacutee aux pH que lon rencontre ordinairement dans leau potable

Le bioxyde de chlore a un pouvoir germicide comparable agrave celui de lacide hypochloreux tandis que celui de

lozone est de beaucoup supeacuterieur

Effets sur la santeacute

Eacutetant donneacute que le pH est lieacute agrave divers autres paramegravetres il nest pas possible de deacuteterminer sil existe un

rapport direct entre le pH et la santeacute de lhomme Dans la mesure ougrave le pH modifie le proceacutedeacute de traitement

de leau qui contribue agrave eacuteliminer les virus les bacteacuteries et dautres organismes nuisibles on peut dire quil a

des effets indirects sur la santeacute La destruction des virus aux pH eacuteleveacutes que lon rencontre au cours de

ladoucissement de leau par le proceacutedeacute chauxsoude peut ecirctre consideacutereacutee comme utile Par contre

laugmentation de la geacuteneacuteration de trihalomeacutethanes agrave des pH eacuteleveacutes peut ecirctre neacutefaste

Au cours dune des rares eacutetudes eacutepideacutemiologiques sur les reacuteseaux de distribution deau potable dans

lesquelles le pH eacutetait un des paramegravetres pris en consideacuteration Taylor et ses collaborateurs(45)nont pu

eacutetablir de rapport important entre les cas dheacutepatite infectieuse et le pH de leau traiteacutee Cette eacutetude a eacuteteacute

effectueacutee dans 16 villes ameacutericaines utilisant des eaux de surface comme source deau potable

Justification

1 Aucun effet preacutecis du pH sur la santeacute ne nous permet de fixer les limites de celui-ci pour leau potable Le

controcircle du pH sert avant tout agrave reacuteduire la corrosion et lentartrage

2 En geacuteneacuteral la corrosion du meacutetal devient importante agrave des pH infeacuterieurs agrave 65 environ les problegravemes

dincrustation et dentartrage se font surtout sentir agrave des pH supeacuterieurs agrave 85 environ

3 Leacutechelle acceptable du pH dans leau est donc de lordre de 65 agrave 85 En geacuteneacuteral les eaux dont le pH est

compris entre ces valeurs peuvent ecirctre stabiliseacutees en ce qui concerne la corrosion et lentartrage par un

simple ajustement du pH Lorsque le pH est maintenu en dessous de 85 le pouvoir de deacutesinfection du chlore

est accru et la production de trihalomeacutethanes est reacuteduite

Annexe

Feuilles des reacutesultats

1) NOM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipPRENOM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

2) NOM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipPRENOM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Groupe helliphelliphelliphelliphellip helliphellip Sous Groupe helliphelliphelliphelliphelliphellip Date helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipHoraire helliphellip hellip hhelliphellipmn

Sommaire du compte - rendu

I Partie theacuteorique A preacuteparer avant la seacuteance de TP (agrave preacutesenter obligatoirement et individuellement avant le deacutebut de la seacuteance)

1 Deacutefinition de la tension superficielle 2 Objectif du TP 2 Deacutecrire par un exemple le rocircle de la tension superficielle

II Partie expeacuterimentale (voir en bas de page) A reacutealiser par binocircme ou trinocircme apregraves avoir effectueacute les mesure en collaboration

avec vos camarades

Manipulation

1 Etalonner le dynamomegravetre

2 Deacuteterminer le poids de lrsquoanneau agrave vide P = P (mes) plusmn P = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip (Nrsquooubliez pas la dimension ) 3 Mesure de la Tension et deacutetermination du coefficient de tension superficielle de diffeacuterentes solutions

Solutions Force de tension superficielle max Ts

Ts (mN) Coefficient de tension superficielle (mNm)

Eau potable

Eau distilleacutee

Ethanol

ISIS dilueacute

Tableau 1

4 Variation du coefficient de tension superficielle de lrsquoeau potable en fonction du nombre de gouttes drsquoISIS ajouteacutees

Nombre

gouttes ISIS

Tension superficielle Ts (mN) Ts (mN) Coefficient TS (mNm) (mNm)

Tableau 2

5 Compte - rendu

1 Porter les reacutesultats des mesures sur les tableaux ci-dessous 2 Discuter et comparer les valeurs du coefficient de tension superficielle des diffeacuterentes solutions

3 Tracer (eacutechelles uniteacutes etc) le graphe Ts ou en fonction du nombre de gouttes drsquoIsis ajouteacutees sur feuille millimeacutetreacutee et si possible en utilisant le logiciel laquoExcelraquo

4 Analyser et expliquer lrsquoeacutevolution du graphe 5 Conclusion

TP 1 Mesure de la tension superficielle des solutions

3) NOM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipPRENOM helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Groupe helliphelliphelliphelliphellip helliphellip Sous - Groupe helliphelliphelliphelliphelliphellip Date helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipHoraire helliphellip hellip hhelliphellipmn

Sommaire du compte-rendu

1 Deacutefinition de la conductiviteacute des solutions 2 Objectif du TP 3 Deacutecrire par un exemple le rocircle de la conductiviteacute

II Partie expeacuterimentale (voir en bas de page) A reacutealiser par binocircme ou trinocircme apregraves avoir effectueacute les mesures en collaboration

avec vos camarades

Manipulation

1 Etalonnage du conductimegravetre

Tableau 1

2 Conductiviteacute de quelques solutions

Solutions Conductiviteacute (Scm)

Eau potable

Eau distilleacutee

Eau de source

Ethanol

Eau de javel

Tableau 2

3 Reacutesultats des mesures du titrage

Volume (cm3) NaOH ajouteacute Conductiviteacute (Scm) Volume (cm3) NaOH ajouteacute Conductiviteacute (Scm)

Tableau 3 - Mesures expeacuterimentales

4 Compte - rendu

1 Discuter et comparer les valeurs de la conductiviteacute des diffeacuterentes solutions

2 Tracer (eacutechelles uniteacutes etc) le graphe de la variation de la conductiviteacute en fonction du volume NaOH ajouteacute 3 Analyser et expliquer lrsquoeacutevolution du graphe 4 Deacuteduire du graphe le point drsquoeacutequilibre et la concentration molaire ou massique de la solution doseacutee 5 Conclusion

Solution de

reacutefeacuterence

Tempeacuterature (degC) Conductiviteacute (Scm)

(Scm) Eau potable

TP 2 Mesure de la conductiviteacute des solutions

Groupe helliphelliphelliphelliphellip helliphellip Sous - Groupe helliphelliphelliphelliphelliphellip Date helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipHoraire helliphellip hellip hhelliphellipmn

1 Objectif du TP 2 Deacutecrire par un exemple le rocircle de la viscositeacute 3 Description du deacuteroulement de la mesure

avec vos camarades

Manipulation

1 Masse volumique et pousseacutee drsquoArchimegravede drsquoune bille

M (g) m (g) V (cm3) V (cm3) (gcm-3) (gcm-3) PArch(N) PArch(N) Pbille (N) Pbille (N)

Tableau 1 - Masse volumique et pousseacutee drsquoArchimegravede

Comparer la pousseacutee drsquoArchimegravede au poids de la bille

2 Viscositeacute des diffeacuterentes solutions

Tableau 2 Tableau des mesures (uniteacute de la viscositeacute Poises Po (CGS) et poiseuille Pl (SI))

La viscositeacute est donneacutee par

Donneacutees

3 Compte - rendu 1 Discuter les valeurs de la conductiviteacute des diffeacuterentes solutions

2 Tracer avec (eacutechelles uniteacutes etc) la variation de la viscositeacute en fonction de la dilution = f (dilution ()) 3 Analyser et expliquer lrsquoeacutevolution du graphe 4 Conclusion

TP 3 Mesure de la viscositeacute des solutions

Viscositeacute (gcm-1s-1)

Glyceacuterine pure Liquide B glyceacuterine dilueacutee agrave 5 Liquide A glyceacuterine dilueacutee agrave 10

Mesures 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Temps de chute (s) Δt =005s

Temps de chute moyen (s)

Vitesse Vmoyenne = ht (cms-1)

moyenne (gcm-1s-1)

rliquidebille

moymoy )(

Rayon de la bille r (mm) 1

Masse volumique de lrsquoeau (gcm-3)) 1

Masse volumique de la bille (kgm-3) 7800

Gravitation g ( ms-1)- 10

(Liquide A) = 010 (eau) + 090 (glyceacuterine

(Liquide B) = 005 (eau) + 095 (glyceacuterine)

(glyceacuterine)= 226 gcm3

1 Partie theacuteorique A preacuteparer avant la seacuteance de TP (agrave preacutesenter obligatoirement et individuellement avant le deacutebut de la seacuteance)

1 Objectif du TP 2 Deacutecrire par un exemple le rocircle et lrsquoimportance du pH 3 Description du deacuteroulement de la mesure

2 Partie expeacuterimentale (voir en bas de page) A reacutealiser par binocircme ou trinocircme apregraves avoir effectueacute les mesure en collaboration

avec vos camarades

Manipulation

1 Etalonnage du PH-megravetre Comme le but de ce TP est le dosage drsquoun acide par une base on utilisera deux

solutions tampon de pH 7 et 4

2 Mesure du PH de quelques solutions

solutions Soude Eau du robinet vinaigre Eau de Javel Lessive Isis Acide HCl Coca-cola

Nature de la solution

Tableau 1

3 Dosage drsquoun acide par une base

Volume de soude (ml) PH Volume de soude (ml) pH

Tableau 2

3 Compte - rendu 1 Discuter et comparer les valeurs du pH des diffeacuterentes solutions 2 Tracer avec (eacutechelles uniteacutes etc) le graphe de la variation du PH en fonction du volume NaOH ajouteacute 3 Analyser et expliquer lrsquoeacutevolution du graphe 4 Deacuteterminer le point drsquoeacutequilibre et le pH correspondant en exploitant le traceacute pH = f(NaOH) 5 Deacuteduire la concentration massique et le degreacute drsquoaciditeacute de la solution doseacutee 6 Conclusion

TP 4 Mesure du pH des solutions

rappels Mathematiques



Si le reacutesultat dun calcul numeacuterique fournit par exemple une valeur de 0364852 mol ℓ-1 avec une incertitude absolue de 0017 molℓ-1 on leacutecrira c = 0365 molℓ -1 agrave 002 molℓ -1 pregraves

I - But

II - Rappel




G

Pour respirer nous augmentons le volume pulmonaire en ouvrant la cage thoracique et en contractant le diaphragme La surface drsquoeacutechange srsquoaccroicirct alors de pregraves de 10msup2 Toutefois la tension de surface du fluide recouvrant lrsquointeacuterieur de nos alveacuteoles

Lorsque nous respirons nos alveacuteoles sont directement en contact avec lrsquoair exteacuterieur par lrsquointermeacutediaire des voies respiratoires La pression drsquoair au sein des alveacuteoles est donc eacutegale agrave la pression atmospheacuterique La loi de Laplace nous dit alors que

En outre la varieacuteteacute de taille des alveacuteoles produirait une gecircne respiratoire suppleacutementaire plus importante encore Selon la loi de Laplace la pression est plus eacuteleveacutee au sein des petites bulles que dans les grandes Quand deux bulles de tailles dif


Pourtant il nrsquoen est rien car les cellules de la membrane alveacuteolaire les pneumonies syntheacutetisent un surfactant crsquoest-agrave-dire des moleacutecules tensioactives qui abaissent la tension superficielle en se concentrant agrave lrsquointerface airndashliquide Ce meacutelange d


II - Rappels

III - Manipulation


Deacutefinitions

- La masse volumique drsquoun corps donneacute est la masse m de ce corps rapporteacutee au volume V qursquoil occupe ( = m V Avec







Lrsquoappareil (fig4) est composeacute de supports solidaires du bacircti qui permettent le retournement bout agrave bout (180 ) du viscosimegravetre pour laisser les billes initier leur chute respective Des tubes en verre en nombre de trois sont fixeacutes au bacircti et contienn





a) Synthegravese

b) Utilisation

- Meacutedicaments

- Cosmeacutetiques
