Mesures conductimétriques : étalonnages de la cellule
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1. Combiner ces deux incertitudes pour obtenir l incertitude sur X amp Conclure en donnant la valeur de X retenir sous la forme X u X 4 2 Utilisation du conductim tre Tacussel CDM 210 Vous veillerez utiliser cet appareil conform ment la notice du constructeur Vous y rechercherez l incertitude de mesure a Mode d emploi de l appareil O Allumez l appareil bouton rouge sur la face arri re et attendre au moins trois secondes Appuyez sur MODE S lection de la grandeur conductivit ou r sistivit p en appuyant sur Xl ou sur B Appuyez sur M S lection de la gamme AUTO en appuyant sur XI ou sur DD Appuyez de nouveau sur M S lection de l unit S m en appuyant sur X ou sur E3 Appuyez encore sur M S lection de AUTOREAD en appuyant sur amp ou sur E3 Appuyer sur CELL la valeur d un pr c dent talonnage s affiche Appuyez de nouveau sur CELL Plonger la cellule dans la solution talon si ce n est d j fait Appuyez sur M A l aide des touches Q et D ajuster la valeur de y C est celle indiqu e sur la premi re ligne de l afficheur Quand l indication STAB appara t lire la constante de cellule lt CTE CELLULE gt en cm1 Par la suite pour obtenir une mesure il suffit d appuyer sur SAMPLE et d attendre la stabilisation STAB b Valeur obtenue et comparaison des deux m thodes amp Suivez le mode d emploi ci dessus pour relever la valeur affich e par le cond2. 6 69 10718 14 17 amp La valeur de y que vous avez mesur vous permet elle d affirmer que l eau permut e du laboratoire est pure amp Calculer la concentration h et en d duire le pH amp Conclure sur la validit de ce mod le P Kohl ENCPB juin 2006 page 25 T P N 5 b Mod le de l eau carbonat e En fait l eau permut e du laboratoire n a pas t pr par e ni conserv e l abri de l air Il s tablit un quilibre avec le dioxyde de carbone pr sent dans l air CO CO 2 9 2 et dans l eau CO ap H O e H O HCO Ka 10 dans cette solution satur e en dioxyde de carbone on a donc H 0 HCO h et la conductivit doit tre de la forme y 10 xh co Ano avec Aico 445x10 S m mol HCO H 0 amp A partir de la valeur mesur e de la conductivit calculez h en utilisant la relation ci dessus En d duire le pH de l eau permut e du laboratoire amp Utiliser les donn es ci dessus pour calculer la concentration de dioxyde de carbone dissous dans l eau amp Conclure sur la validit de ce mod le Vous veillerez exprimer convenablement les diff rents r sultats 5 3 Exemple d application industrielle Une installation de d min ralisation d eau destin e la production d eau pure peut tre enti rement automatis e Une sonde conductim trique surveille la conductivit de l eau la sortie des colonnes L eau pure tr s pauvre en ion
3. TP N 5 Mesures conductim triques talonnages de la cellule P Kohl ENCPB juin 2006 page 20 dition 2006 T P N 5 1 Principe d une mesure conductim trique Sont conducteurs du courant lectrique non seulement les m taux les porteurs de charges sont alors uniquement des lectrons et les semis conducteurs les porteurs de charges sont de deux types lectrons et trous positifs mais aussi certains milieux liquides que l on appelle des solutions lectrolytes Les porteurs de charges sont des anions n gatifs et des cations positifs Cas d un m tal Pour un m tal la r sistance est donn par la relation S o l est la longueur du conducteur S sa section droite p la r sistivit du m tal l LM 2 EE S Cette r sistivit p d pend de la nature du m tal et pour un m tal donn de la temp rature Cas d un lectrolyte Pour une solution lectrolytique on peut reprendre la m me relation condition de plonger dans le liquide une cellule conductim trique constitu e par deux lectrodes de platine platin recouvertes de platine pulv rulent planes parall les l une l autre assujetties par un support distance fixe l une de l autre La longueur 1 de la solution conductrice correspond la distance entre les lectrodes et la section S la surface en regard des deux lectrodes L La r sistivit p d pend de la nature des esp ces ioniques pr se
4. e k d une cellule conductim trique Ce TP se propose de comparer deux m thodes exp rimentales pour mesurer la valeur de cette constante e Le pont de Kohlrausch qui s apparente au pont de Wheatstone dans son principe g n ral e Le conductim tre pour lequel il faudra toujours garder l esprit qu il s agit d un appareil de mesure lectrique Vous manipulerez en recherchant toujours les causes d erreurs et les incertitudes 4 1 Utilisation d un pont de Kohlrausch C est un pont de Wheatstone aliment en alternatif o la solution contenue entre les lectrodes constitue la r sistance mesurer a Montage couteur Ec ou millivoltm tre en alternatif Cellule conductim trique dans solution talon oS source alternative utilis e sur la sortie 2000 Q o Ec couteurs le minimum de son traduit le minimum de courant dans la branche CD donc l quilibre du pont uK bo te t te de pont ou bo te de rapport sur laquelle on affiche le rapport des r sistances a et b a La r sistance variable R est constitu e par une s rie de bo tes d cades u X repr sente la r sistance de la portion d lectrolyte comprise entre les lectrodes de la cellule conductim trique b Technique d une mesure amp Plonger la cellule dans la solution talon en veillant ce qu aucune bulle d air ne se trouve entre les lectrodes Arr ter l agitation de la solution pendant le temps de la mesure Mettre les b
5. gligeable Ils portent g n ralement des chelles gradu es en ohms et des chelles gradu es en siemens donnant directement la conductance G e E y z y k o k est la constante de cellule R pl l les autres correspondent un montage de pont de Wheatstone aliment en alternatif sous des fr quences suffisamment lev es de 100 2000 Hz Ainsi les ions sont sollicit s par le champ lectrique alternatif en sens inverse deux fois par p riode 0 5 ms lt T lt 10 ms et leur mouvement r sultant est nul ils n atteignent pas les lectrodes et aucune lectrolyse ne peut se produire Ainsi modifi le montage porte le nom de pont de Kohlrausch Du fait de son inertie l instrument de z ro ne peut plus tre le galvanoscope le cadre resterait immobile ind pendamment du courant qui le traverse Comme les fr quences utilis es sont dans le domaine audible on peut utiliser un couteur comme d tecteur de z ro On peut galement utiliser un oscilloscope entre C et D lorsque l quilibre du pont est atteint la tension Ucp est nulle et la trace observ e sur l cran cesse d tre une sinuso de pour d identifier l axe horizontal Conclusion Vous ne perdrez pas de vue que les mesures conductim triques sont de fait des mesures de r sistances ou de conductances pour lesquelles on mesure la r sistance ou la conductance de l chantillon de solution compris entre les deux armatures d une cellule conductim
6. ntes dans le milieu de leurs concentrations de la temp rature On pourra effectuer la mesure de la r sistance R du volume de solution compris entre les lectrodes Si les caract ristiques de la cellule J et S ou mieux leur rapport k sont connues on en d duira alors la r sistivit de la solution En fait en chimie on pr f re souvent parler de la conductivit y qu il est facile de calculer partir de la r sistivit l y P Cette conductivit y tant li e la composition de la solution on peut envisager diff rentes applications m thodes d tude du comportement des lectrolytes dosages conductim triques d termination de diff rentes constantes d quilibres ioniques Ka Ks tude de la cin tique de certaines r actions A priori on pourrait penser que la mesure d une r sistance de solution lectrolyte peut se faire par n importe laquelle des m thodes pr c demment tudi es P Kohl ENCPB juin 2006 page 21 T P N 5 En fait il faut se placer imp rativement dans des conditions qui emp chent tout risque d lectrolyse ce qui modifierait la nature de la solution et qui ferait perdre toute signification la mesure Pour ces mesures particuli res de r sistances on utilise deux types de conductim tres les uns les plus r pandus sont en fait des ohmm tres con us de fa on ce que la courant parcourant le volume de solution soit parfaitement n
7. o tes d cades constituant R leur valeur maximum et la bo te de rapport sur 1 amp Appuyer sur l interrupteur du vibreur S pour alimenter le montage L oreille est un bon d tecteur mais elle se fatigue vite Vous obtiendrez de meilleurs r sultats en manipulant rapidement et en coupant l alimentation de la source sonore ce qui vitera galement une usure de la pile qui l alimente amp Diminuer progressivement la valeur de R en agissant d abord sur la bo te de valeur la plus forte Le son mis par les couteurs doit diminuer Quand il augmente de nouveau reculer d un cran la valeur de la bo te et passer la bo te de rang inf rieur On cherchera ainsi obtenir de proche en proche le minimum d intensit sonore dans les couteurs Quand ce minimum est atteint nous obtenons P Kohl ENCPB juin 2006 page 23 T P N 5 X R avec Tcp b D amp Si la lecture de R ne donne qu un ou deux chiffres affiner le r sultat en recommen ant la mesure en prenant un rapport K plus faible 0 1 ou 0 01 amp Appr cier l incertitude due la sensibilit du syst me de mesure us X c Exploitation de la mesure au calcul de la constante de cellule Calculer la constante k de la cellule k S en cm oum s G amp Rappeler l incertitude de sensibilit us X amp Noter aussi la pr cision garantie par le constructeur sur les bo tes et en d duire l incertitude de justesse uj X
8. s est tr s peu conductrice D s que la conductivit atteint un certain seuil haut c est le signe que les r sines changeuses d ions ont perdu de leur efficacit et laissent passer des ions trangers l eau La comparaison entre la valeur du signal de mesure et le seuil adopt entra ne d s qu il y a galit la fermeture des vannes d alimentation en eau brute et la mise en route d un cycle de r g n ration des r sines C est encore la comparaison entre le signal de mesure et la valeur seuil qui entra nera l arr t des op rations de rin age des r sines d s que le signal se sera abaiss jusqu un niveau seuil bas La plupart des installations comportent deux unit s en parall le la seconde tant mise en service pendant le cycle de r g n ration de la premi re On assure ainsi une production en continu P Kohl ENCPB juin 2006 page 26
9. trique 2 Pr cautions d emploi des cellules conductim triques e La cellule ne doit jamais s cher pr voir un r cipient contenant de l eau distill e o la cellule sera plong e lorsqu on ne l utilise pas e Ne jamais toucher les lectrodes pour nettoyer la cellule un simple rin age avec un jet de pissette suffit suivi d un essuyage ext rieur e Lorsque dans les calculs la constante ko de la cellule intervient il est prudent de la mesurer plut t que de se fier l indication grav e par le constructeur En effet une utilisation maladroite de la cellule a pu modifier ses caract ristiques g om triques et par cons quent la valeur de k La valeur indiqu e par le constructeur est g n ralement exprim e avec le centim tre pour unit de longueur et peut constituer un ordre de grandeur prendre en compte 3 Conductivit de la solution talon en fonction de la temp rature amp Placez dans un petit Becher un peu de solution de chlorure de potassium K CT la concentration c 0 02 mol dm amp Relevez la temp rature de la solution et l incertitude associ e amp Vous chercherez dans le tableau ci dessous la conductivit y de la solution talon au besoin interpoler lin airement entre deux valeurs amp L incertitude sur la temp rature induit une incertitude sur la conductivit calculez l P Kohl ENCPB juin 2006 page 22 dition 2006 TP N 5 4 Mesures de la constant
10. uctim tre valuez son incertitude amp Comparez la celle trouv e avec le pont de Kohlrausch Y a t il une m thode plus juste que l autre P Kohl ENCPB juin 2006 page 24 dition 2006 TP N 5 Durant la suite du TP vous utiliserez le conductim tre avec la cellule talonn e 5 Contr le de la puret d une eau 5 1 Eau de ville amp Mesurez sa conductivit amp Appr ciez l incertitude sur cette mesure utilisation de la notice Cons quences pratiques amp partir des r sultats obtenus envisager les cons quences pratiques sur les pr cautions lors de la manipulation de circuits lectriques sous tension interventions sur des feux d origine lectrique tests de contr le de la puret d une eau 5 2 Eau permut e du laboratoire Mesurez sa conductivit en op rant le plus rapidement possible entre le remplissage du Becher au robinet et la mesure Appr ciez l incertitude sur cette mesure a Mod le de conductivit d une eau th oriquement pure L eau est le si ge d une r action d auto ionisation H20 H2O H O HO avec K H 0 OH H o K k soit pK 2 pH dans l eau rigoureusement pure La mesure de la conductivit de l eau permettra d acc der une valeur de h En effet y XC it Zi avec Cj en mol m gt y l10f xh A p A h TEO ETE OH Donn es num riques oee 315 104 174 104 410 0 818 10
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