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Lycée Ibn hazm chimie cours : 5 La conductance et la conductivité ZEGGAOUI EL M

Lycée Ibn hazm chimie cours : 5 La conductance et la conductivité ZEGGAOUI EL MOSTAFA Page 1 Si vous ne pouvez expliquer un concept à un enfant de 6 ans, c’est que vous ne le comprenez pas compétemment. Rien n’est plus proche du vrai que le faux. Albert Einstein La conductance et la conductivité 1) Rappel 1.1) La résistance Tous conducteurs d’électricité : métallique ou solution électrolytique, ce caractérise par une propriété qu’on appelle : résistance. résistance représente la difficulté qui empêche les porteurs de charges (électrons, ions . . .) à parcourir ces milieux. on peut la mesurer par un ohmmètre ou à partir de la tension électrique entre les bornes du conducteur et l’intensité du courant électrique qui le traverse : U R.I = , pour un conducteur cylindrique L R ( ) S = ρ Ω ; L : la longueur du conducteur ; (S) la surface de la section du conducteur ; ( .m) ρ Ω : la résistivité qui caractérise l a matière qui constitue le conducteur. 1.2) La conductivité et la conductance La conductance d’un conducteur représente la facilité que trouvent les porteurs de charges à traverser un conducteur. Pour un conducteur cylindrique, on peut la calculer par les relations suivantes : 1 I 1 S S G . . (S);unité Siemens , symbole (S) R U L L = = = = σ ρ Avec 1 1 (S.m ) − σ = ρ , la conductivité ne dépend pas des dimensions du conducteur, elle dépend de la nature de la matière qui constitue le conducteur. 2) Les facteurs qui influencent la conductivité 2.1) Expérience Pour montrer les différents facteurs qui peuvent influencer la conductance d’une partie de la solution, on va faire l’expérience suivante, qui comprend : -- un génerateur (G) du courant alternatif (1 kHz). -- Deux plaques métalliques, ayant une surface (S) de section commune et séparées d’une distance (L). -- un récipient contenant une solution ionique de chlorure de sodium NaCℓ. -- Voltmètre et ampèremètre. 2.2) Observation -- mettons les plaques à l’intérieur de la solution et faisant ajouter une petite quantité du chlorure de sodium à la solution. Lorsqu’on agite la solution, on observe que l’intensité électrique augmente, alors la conductance (G) augmente. -- Arrêtons d’agiter la solution, on enfonce les plaques à l’intérieur de la solution, on observe que l’intensité électrique augmente, donc la conductance augmente aussi. -- Rapprochons les plaques entre eux, on observe que l’intensité électrique augmente, donc la conductance de la solution augmente. Lycée Ibn hazm chimie cours : 5 La conductance et la conductivité ZEGGAOUI EL MOSTAFA Page 2 1.3) Conclusion D’après l’expérience, on constate que la conductance d’une partie de la solution dépend des trois facteurs : -- les dimensions de la cellule ; surface des plaques et la distance les séparant. -- La nature de la solution : la quantité d’ions présents dans la solution. 1.4) Exercice On trace la caractéristique d’une solution en utilisant une cellule formé de deux plaques ayant pour surface 2 S 6cm = et séparées d’une distance d 2cm = . 1) Calculer la conductance de cette solution. 2) En déduire sa conductivité. Réponse 1) On sait que la conductance d’un conducteur peut être calculer par I G U = . Application numérique 3 I 0.1 G 25 mS ; Avec1mS 10 S U 4 − = = = = 2) D’autre part la conductance est donnée par S d.G G .d S = σ ⇒σ = , la conductivité du conducteur. Application numérique 4 1 0.02 0.025 10 0.83 S.m 6 − × σ = × = 3) La courbe d’étalonnage Objectif : Tracer la courbe d’étalonnage G= f(C) pour une solution du chlorure de sodium. Le matériels expérimentale Conductimètre, 5 béchers de jauge 600 mL, l’eau distillé, burette, fiole jaugée de 500 mL, une solution (S) du chlorure de sodium de concentration C 0.1mo / = ℓℓ. Mode expérimentale On verse dans la fiole un volume (V) de la solution (S) à l’aide de la burette, puis on ajoute de l’eau distillé jusqu’à atteindre la jauge de la fiole. On verse le contenu de la fiole dans un des béchers, puis on mesure sa conductance. On répète les mêmes étapes en faisant changer le volume V. Exploitation 1) Trouver l’expression de la concentration préparée dans la fiole jaugée en fonction du volume (V) de l’échantillon prise de la solution (S). 2) Un tableau semblable à celui à coté et remplissez le avec les mesures que vous avez fait. 3) Tracer la courbe G = f(C), en choisissant un échelle convenable. réponse 1) le volume S V 500m = ℓ de la solution dans la fiole jaugée V(m ) ℓ 5 10 15 20 25 C(mmo / ) ℓℓ 1 2 3 4 5 G(mS) 0.35 0.70 1.05 1.40 1.75 Lycée Ibn hazm chimie cours : 5 La conductance et la conductivité ZEGGAOUI EL MOSTAFA Page 3 S e V V V = + . Avec le volume pris de la solution (S) n V ;C 0.1mo / C = = ℓℓ n(mo ): ℓ la quantité de matière prise de (S). S S C.V n C.V C'.V C' V = = ⇒ = la concentration de la solution préparer. 3) On observe que la fonction G= f(C) est linéaire G k.C = . Avec k : le coefficient directeur de la courbe 3 1 3 G 0.35 .10 k 0.35 S.mo . C 10 − − − ∆ = = = ∆ ℓ ℓ 4) Exploitation de la courge d’étalonnage Objectif : Utilisation de la courbe d’étalonnage pour déterminer la concentration d’une solution du chlorure de sodium inconnue Le matériels expérimentales – Une solution (S) de chlorure de sodium de concentration inconnue ; -- un bécher ; un conductimètre. Mode opératoire On prend 50mℓ de la solution (S) dans le bécher, après on plonge la cellule conductimètrique de l’expérience précédente. On mesure la valeur de la conductance G de la solution (S) et on utilise la courbe d’étalonnage précédente pour déterminer la valeur de la concentration. Exploitation La valeur de la conductance G 0.80mS = , déterminer la concentration C de la solution (S). Réponse 3 G 0.80 10 C 2.28 mmo / k 0.35 − × = = = ℓℓ Remarque Les limites d’utilisation de la courbe d’étalonnage (domaine de validité). Pour pouvoir utiliser la courbe d’étalonnage pour déterminer la concentration d’une solution inconnue, il faut respecter certains précautions : -- La solution doit contenir un seul corps ionique, c'est-à-dire n seul cation et un seul anion. -- Conserver tous les autres facteur : les dimensions de la cellule, la température . . . -- Il fat que les concentrations utilisées soit 2 C 10 mo / − < ℓℓ. 5) La conductivité molaire ionique 5.1) définition Chaque ion dans une solution se caractérise par son volume, sa charge électrique et son état d’hydratation (dans les solutions aqueuses). Cela permet de le distinguer des autres ions présents dans la même solution, en ce qui concerne sa capacité de conduire l’électricité dans une solution ionique. On exprime cette capacité par une grandeur qu’on appelle : la conductivité molaire ionique, q’on désigne par le symbole λ et son unité 2 1 (S.m .mo ) − ℓ . Lycée Ibn hazm chimie cours : 5 La conductance et la conductivité ZEGGAOUI EL MOSTAFA Page 4 Exemples Le tableau à coté dans les valeurs de quelques conductivités molaires ioniques de certains ions dans des solutions très diluées 2 (C 10 mo / ) − << ℓℓ. On note certaines conductivités molaires ioniques élevées surtout pour : (aq) (aq) H et OH + − . 5.2) La relation entre la conductivité d’une solution et les conductivités molaires ioniques. Dans une solution ionique aqueuse contenant (n) ions de type i (X ) portant une seule charge électrique. Chaque types d’ions participe à la conductivité totale de la solution par . i i i .[X ] σ = λ La conductivité totale de la solution, s’écrit : n n i i i i 1 i 1 .[X ] = = σ = σ = λ ∑ ∑ 1 3 i 2 1 i Avec en (S.m ) [X ](mo .m ) (S.m .mo ) − − − σ λ ℓ ℓ 5.3) Exercice_1 Déterminer la conductivité d’une solution aqueuse du chlorure de sodium de concentration 2 C 10 mo / − = ℓℓ, en utilisant les valeurs des conductivités molaires ioniques du tableau ci-dessus. réponse Faisons d’abord le tableau d’avancement de la réaction de dissolution de NaCℓ dans l’eau. Prenons un volume (V) de la solution. Le réactif limitant est NaCℓ. à l’état final max 0 x n C.V = = les concentrations effectives des ions formés. 0 0 n [Na ] C V n [C ] C V + − = = = = ℓ La conductivité de la solution 3 3 Na C .[Na ] .[C ];avec1 10 m + − + − − σ = λ + λ uploads/Litterature/ la-conductance-et-la-conductivite.pdf