Solution de Exercices de La conductance et la conductivité
1 2) la conductivité d’une partie d’une solution électrolytique dépend de la tension appliquée aux électrodes et au courant électrique qui passe dans le circuit par la relation I = G U Remarque : l’unité de la conductivité G est Ohm −1 ou (Siemens) symbole (S) 1 3) L’unité de la conductivité d’une solution ionique est
(P 16 Mesure de la conductivité in situ)
Cette méthode concerne la mesure in situ de la conductivité électrique de tous types d’eaux La gamme de mesure s’étend de 0 1 à 99999 µS/cm 2 Introduction La conductivité électrique est l’image de la minéralisation globale d’une solution aqueuse Elle
La conductivité des solutions d’électrolytes forts et faibles
La conductivité électrique par les électrolytes est une propriété additive, c’est-à-dire qu’il est possible d’exprimer la conductivité molaire à dilution infinie 0 m comme la somme de la contribution de chaque ion Ainsi, pour le chlorure de potassium (KCl) 0 m,KCl = 0 m,K+ + 0 m,Cl+ (9)
Étude expérimentale de la conductivité électrique globale des
geant la sonde dans différentes solutions salines de conductivité électrique connue, et en mesurant la résistance de chacune de ces solutions Connaissant la conductivité et résistance apparente d’une solution, on a : K’ = CEsj0xR2s0 Dans notre cas, cette constante K’ est égale à 20,
Protocole conductivité électrique - GLOBE-SWISS
La conductivité est mesurée en micro siemens par cm (µS/cm) Il s’agit de la même unité que les micro ohm Pour convertir la conductivité électrique d’un échantillon d’eau (µS/cm) en une concentration approximative de matières totales dissoutes (ppm), on doit multiplier la conductivité par un facteur de
La conductance et la conductivité
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 (X )i portant une seule charge électrique Chaque types d’ions participe à la conductivité totale de la solution par σ=λi i i [X ] La conductivité totale de la solution, s
Conductivité Expériences scolaires
La conductivité électrique est la capacité d'un matériau à transporter un courant électrique Le terme conductivité peut également être employé dans d'autres contextes (par ex , la conductivité thermique) Par souci de simplicité, dans ce guide, le terme « conductivité » est toujours
Conductivité électrique de la solution du sol et d extraits
La conductivité électrique de la solution du sol 281 Étude et Gestion des Sols, 4, 4, 1997 directement la capacité de l’électrolyte à conduire le courant électrique, propriété qui est d’autant mieux exprimée que la concentration ionique de l’electrolyte est plus élevée : la mesu-
La mesure de la conductivité - Crison Instruments
est appliqué entre deux électrodes pour mesurer la résistance électrique de la solution Un courant alternatif est appliqué pour éviter tout changement dans les substances, des effets de couche sur les électrodes, etc Les unités de mesure habituelles sont S/cm Les autres façons d’exprimer la conductivité d’une solution sont la
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GLOBE® 2017 Protocole conductivité - 1 Hydrologie Protocole conductivité électrique Objectif général Mesurer la conductivit é de l'ea u sur un site hydrologique d'eau douce. Objectif spécifique Les étudia nts mesureront indirectement la conductivité en utilisant un conductimètre électrique. Les étudiants estimeront, à partir des mesures de la conductivité électrique, les quantités de solides dissous. Compétences Les étudiants apprendront à : • utiliser un conductimètre électrique; • examiner les raisons d es changements de la conductivité électrique d'un corps aqueux; • communiquer les résultats du projet avec les autres écoles GLOBE; • utiliser une technologie en salles de classe; • collaborer avec les autres écoles GLOBE (dans leur pays ou à l'étranger); • partager les observations en transmettant les données à aux archives de GLOBE. Concepts scientifiques Science de la Terre et de l'espace Les matéri aux terrestres sont les roche s solides, les sols, l'eau et l'atmosphère. L'eau est un solvant. Chaque élément se déplace entre les différ ents réservoirs (biosphère, litho sphère, atmosphère, hydrosphère). Sciences physiques Les objets ont des propriétés observables. Sciences de la vie Les organismes peuvent survivre seulement dans des environnements où leurs besoins sont satisfaits. La Terre possède de mu ltiples environnements q ui permettent des combinaisons différentes d'organismes vivants. L'être humain peut modifier son environnement. Tous les organismes vivants doivent être capable d'obtenir et d'utiliser les ressources de leur environnement, qui est en changement constant. Compétences scientifiques • Utiliser un conductimètre pour me surer la conductivité de l'eau • Identifier les questions auxquelles il est possible de répondre. • Concevoir et mene r des invest igations scientifiques. • Utiliser à bon escient l es mat hématiques p our analyser les données. • Développer des descriptions et des explications en utilisant des évidences. • Reconnaître et analyser des expli cations alternatives. • Communiquer les procédures et les explications. Durée 10 minutes. Niveau Tous niveaux Fréquence Hebdomadaire Matériel et instruments • Feuille de données de recherches en hydrologie • Guide du protocole de conductivité électrique • Conductimètre électrique • Thermomètre • Eau distillée en bouteille • Tissu doux • Deux béchers de 100 ml • Gants en latex • 600-700 ml d'eau en bouteille plastique Pour la calibration, ce qui précède plus : • Solution tampon • Petit tournevis (si nécessaire) • Guide de calibr ation en laboratoire pour le protocole de conductivité électrique Préparation Activités d'apprentissage suggérées : Exercer vos protocoles : recherche de la conductivité électrique de l'eau (guide électronique uniquement) Pré requis Aucun
GLOBE® 2017 Protocole conductivité - 2 Hydrologie Protocole conductivité électrique Introduction N'avez vous jamais laissé l'eau s'évaporer d'un plat ? Que reste-t-il après que l'eau se soit évaporée ? L'eau contient de nombreuses impuretés nat urelles, incluant les sels et les minéraux, dissous dans l'eau, que l'on ne peut ni voir ni sentir. Lorsque l'eau rentre en contact avec les roches et le sol, des minéraux se dissolvent dedans. D'autres impuretés peuvent apparaître dans l'eau par la libération d'eau usagée. Si l'eau contient de grandes quantités de sels dissou s, cela peut être dangereux de l'utiliser pour arroser les cultures. On appelle la quantité d'impuretés minérales et de sels dans l'eau les Matières Totales Dissoutes. (MTD). On mesure les MTD en parts par mi llion (ppm). Cela nous dit alors combien il y a d'unités d'impuretés pour un mi llion d'unité d'eau, par uni té de masse. Pour l'eau que l'on utilise à la maison, on préfère un taux de MTD inférieur à 500 ppm, bien qu'une eau avec un taux de MTD plus élevé soit encore inoffensive. L'eau utilisée pour l'agriculture doit avoir un taux de MTD en desso us de 1200 ppm pour q ue les cu ltures sensibles ne soient pas endommagées. La fabrication de composants électroniques, par contre, requiert une eau sans aucune impureté. On utilise une mesure indirecte pour trouver le taux de MTD dans l 'eau, la conduc tivité. Un e manière de mesurer les impuretés de l'eau est de savoir comment celle-ci condu it l'électricité. L'eau pur e est un mauvais conducteur d' électricité. Quand certains solides (comme les sels) sont dissous dans l'eau, ils se dissocient et forment des io ns, qui ont une charge électrique soit positive, soit négative. Ainsi plus il y aura d'ions dans l'eau, meilleure sera sa conductivité. Le cond uctimètre électrique mesure la quantité d'électricité qui passe à travers un centimètre d'eau. Si on regarde la sonde du conductimètre, on peut voir des électr odes éloignées d'un centimètre. La conductivité est mesurée en micro siemen s par cm (µS/cm). Il s'agit de la même unité que les micro ohm. Pour converti r la cond uctivité électrique d'un échantillon d'eau (µS/cm) en une concent rati on approximative de matières totales dissoutes (ppm), on doit multiplier la conductivité par un facte ur de conversion. Le facteur de conversion dépend de la composition des solides dissous et peut être compris entre 0.54 et 0.96. Par exemple, les sucres n'affectent pas la conductivité parce qu'ils ne for ment pas d'ions quand il s sont dissous. La valeur de 0.67 est communément utilisée comme approximation. MTD (ppm) = Conductivité (µS/cm) x 0.67 Il est préférable d'utiliser un facteur de conversion qui a été déterminé pour votre échantillon d'eau plutôt que celui approximat if, puisque les impure tés entre le s différents types d'eau peuvent énormément varier. De l'eau potable avec une conductivité de 750 µS/cm aura une concentration approximative en STD de 500 ppm. De la n eige pro venant de zones él oignées a une conductivité d'environ 5-30 µS/cm. Tableau HY-EC-1 : Conversion estimée de la condu ctivité (µS/cm) en MTD (ppm) basée sur un facteur moyen de conversion de 0.67 Conductivité (µS/cm) MTD (ppm) Conductivité (µS/cm) MTD (ppm) 0 0 1050 704 50 34 1100 737 100 67 1150 771 150 101 1200 804 200 134 1250 838 250 168 1300 871 300 201 1350 905 350 235 1400 938 400 268 1450 972 450 302 1500 1005 500 335 1550 1039 550 369 1600 1072 600 402 1650 1106 650 436 1700 1139 700 469 1750 1173 750 503 1800 1206 800 536 1850 1240 850 570 1900 1273 900 603 1950 1307 950 637 2000 1340 1000 670 >2000 >1340
GLOBE® 2017 Protocole conductivité - 4 Hydrologie Contrôle qualité Le conductimètre électrique doit être étalonné avant utilisation. Vérifiez avec votre fabricant pour être sûr qu'il mémorise la plus récente calibration. Si c'est le cas, le conductimètre doit être étalonné dans la classe ou le labo avant d'aller sur le site. Si votre appareil ne mémorise pas la plus récente calibration, vous devrez l'étalonner juste avant de prendre vos mes ures, en prenant soin de ne pas éteindre l 'apparei l ou les logiciels associés. La te mpérature de la solution tampon doit être proche de 25°C. Protocoles Température de l'eau Il est important de prendre la température de l'eau sur le site en suivant le Protocole de température de l'eau. Si la température sur le site n'est pas entre 20 et 30 ºC, il est important de laisser l'échantillon d'eau atteindre cette fourchette de température. Caractéristiques du sol et composition du terrain Les donnée s des caractéristiques du sol et de la composition du terrain fournissent d es informat ions sur les possibles origines des matières dissoutes dans l'eau. Atmosphère Les donnée s atmosphériques, partic ulièrement les précipitations, peuvent aussi affecter la concentration de matières totales dissoutes dans l'eau. Activités Une discus sion au sujet des bons et mauvai s conducteurs peut aider les élèves à mieux comprendre leurs mesures. Pour illustrer la conductivité de l'eau, les élèves peuvent faire une mesure de conductivité avec de l'ea u distillée. Ils trouveront une valeur proche de zéro. Ajoutez une petite quantité de sel dans l'eau et regardez la conductivité augmenter ! Que se passe-t-il lorsque l'on ajoute du sucre ? Les élèves peuvent ainsi profiter d'une discussion sur les mesures indirectes. Certaines choses sont parfois difficiles à mesurer directement. Par e xemple, compter les doigts de chaque perso nne de l'école prendrait un temps très long ! Mais on peut avoir une idée du nombr e de doig ts en comptant le nombre d'élèves et en le multipliant par 10. A qu elles autres mesures ind irectes les élèves peuvent-ils penser ? Règles de sécurité • Les étudiants doivent porter des gants quand ils manipulent des produits chimiqu es ou de l'e au qui peut c ontenir potentielleme nt des produits dangereux. Conseils utiles Il est judicieux de garder un jeu de piles neuves à portée de mains pour le conduct imètre. La plupar t utilisent de petites piles plates de type montre. Entretien Conductimètre électrique 1. L'appareil doit être rangé avec son capuchon. Ne jamais mettre le compteur dans de l'eau distillée. 2. Les électrodes doivent être rincées avec de l'eau distillée après utilisation pour é viter l'accumulation de dépôts minéraux. 3. Les électr odes doivent être nettoyées périodiquement avec de l'alcool. Solution tampon 4. La solu tion tampon doit être rang ée au réfrigérateur dans un récipient bien étanche. Faire un joint d'étanchéité avec du papier cache réduira l'évaporation. 5. Ecrire la date d'ac hat de la solution sur le récipient. Les solutions tampon doivent être jetées un an après achat. 6. Ne jamais reverser de la solution dans le récipient. Questions pour aller plus loin Est ce que la conductivité de l'eau du site va augmenter ou diminuer après une grosse averse ? Pourquoi ? Vous attendez-vous à ce que la conductivité soit plus élevée dans un courant de haute montagne qui reçoit régulièrement de la neige fraîche fondue ou bien dans un lac à basse altitude ? Pourquoi pensez-vous que de l'eau avec un taux élevé de MTD est dangereuse pour les plantes ?
GLOBE® 2017 Protocole conductivité - 5 Hydrologie Protocole de calibration du conductimètre Guide de laboratoire But Etalonner votre conductimètre électrique. Matériel • Conductimètre électrique • Papier doux • Solution tampon • Deux gobelets de 100 ml ou deux coupe en plastique • Thermomètre • Gants en latex • Eau distillée en bouteille • Petit tournevis Mode opératoire 1. Amener la solution tampon à la température de la pièce (environ 25°C). 2. Verser de la solution dans chaque gobelet de 100 ml sur une hauteur de 2 cm environ. 3. Retirer le capuchon du conductimètre et appuyer sur le bouton On/Off pour l'allumer. 4. Rincer l'électrode de l'appareil avec de l'eau distillée. 5. Sécher doucement les électrodes avec le papier. Attention : Ne pas frotter ou heurter les électrodes pendant le séchage. 6. Introduire la sonde de l'appareil dans le premier gobelet. Agiter doucement pendant 2 secondes afin de retirer toute l'eau distillée. 7. Retirer l'appareil du premier gobelet. Ne PAS rincer les électrodes avec de l'eau distillée. 8. Introduire la sonde dans le deuxième gobelet. 9. Agiter doucement et attendre que les chiffres arrêtent de bouger. 10. Si l'écran n'affiche pas la valeur de votre solution tampon, vous devez ajuster votre appareil afin de lire ce nombre. (Pour la plu part des apparei ls, vous pouvez utiliser un petit tournevis pour ajust er la vis de calibration de l'appareil jusqu'à ce qu'il affiche la bonne valeur). 11. Rincer les électrodes avec de l'eau distillée et les sécher. Eteindre l'appareil et remettre le capuchon de protection. 12. Vider le contenu des deux gobelets de solution dans un récipient pour déchets. 13. Rincer et sécher les gobelets.
GLOBE® 2017 Protocole conductivité - 7 Hydrologie Questions fréquentes Pourquoi la lecture de m a conductiv ité change doucement ? Si votr e conductimètre n' est pas équilibré en température avec votre échantillon, la lecture va changer doucement jus qu'à ce que l'appareil et l'échantillon atteignent les mêmes températures . Ainsi si la temp érature d e votre échantillon est vraiment différente de la température de l'air, la conductivité changera jusqu'à ce que l'échantillon se refroidisse ou se réchauffe pour s'équilibrer avec l'air. Que se passe-t-il si mon eau est très salée ou saumâtre ? La plupart des appareils mesureront seulement jusqu'à 1990 µS/cm. Si votr e eau a une condu ctivité plus grande que ça, l' apparei l n'affichera pas la bonne valeur. Vo us devez utilisez le protocole de salinité pour mesurer les matières dissoutes dans votre eau. Est ce qu e je ri sque une déch arge électrique en utilisant l'appareil ? Non, cependant, vous ne deve z pas toucher les électrodes pour éviter de les contaminer. L'appareil doit être manipulé avec précautions. S'il tombe dans l'eau, il peut être endommagé. Règles de sécurité • Les étudiants doivent porter des gants quand ils manipulent des produits chimiqu es ou de l'e au qui peut c ontenir potent iellement des produits dangereux. Conseils utiles Il est judicieux de garder un jeu d e piles ne uves à portée de mains pour l e conduct imètre. La plupart utilisent de petites piles plates de type montre. Entretien Conductimètre électrique 1. L'appareil doit être rangé avec son capuchon. Ne jamais mettre le compteur dans de l'eau distillée. 2. Les électrodes doivent être rincées avec de l'eau distillée après utilisation pour é viter l'accumulation de dépôts minéraux. 3. Les électr odes doivent être nettoyées périodiquement avec de l'alcool. Solution tampon 1. La solu tion tampon doit être r angée au réfrigérateur dans un récipient bien étanche. Faire un joint d'étanchéité avec du papier cache réduira l'évaporation. 2. Ecrire la date d'ac hat de la solution sur le récipient. Les solutions tampon doivent être jetées un an après achat. 3. Ne jamais reverser de la solution dans le récipient. Questions pour aller plus loin Est ce que la conductivité de l'eau du site va augmenter ou diminuer après une grosse averse ? Pourquoi ? Vous attendez-vous à ce que la conductivité soit plus élevée dans un courant de haute montagne qui reçoit régulièrement de la neige fraîche fondue ou bien dans un lac à basse altitude ? Pourquoi pensez-vous que de l'eau avec un taux élevé de MTD est dangereuse pour les plantes ?
GLOBE® 2017 Protocole conductivité - 8 Hydrologie Analyser des données Les données sont-elles cohérentes ? Le cond uctimètre mesure généralement une conductivité de 0 à 1990 µS/cm. Une eau avec une conductivité supérieure doit être testée pour le taux de matières totales dissoutes par le protocole de salinité. En général, pour de l'eau de source, plus le site de prélèvement est près de la source, plus la conductivité est grande. La plupart des conductimètres augmentent par palier de 10.0 et ont une erreur de 40.0 µS/cm. La conductivité peut varier significativement avec le type d'eau utili sé et l e site de prélèvem ent. C'est pourquoi il est important de regarder la conductivité de votre site pendant quelque s heures. Tracez le graphe de vos données et exa minez c elles-ci pour obtenir les tendance s ascendantes e t descendantes. Accordez une forte attention aux valeurs qui posent des questions. Regardez vos données extérie ures ou les donnée s d'autres protocoles, comme les précipitations, pour savoir si ces valeurs ne peuvent pas s'exprimer par d'autres facteurs expérimentaux. Que recherchent les scientifiques dans ces données ? Les scientifiques utilisent les données de conductivité pour mesurer la qualité de l'eau. Des valeurs élevées peuvent signifier que l'eau n'est pas bonne ou est trop salée pour l'agr iculture. La p lupart des rapports municipaux sur la qualité de l'eau potable utilisent des mesures de conductivité ou de MTD pour montrer que l'eau se situe bien dans les limites autorisées. Les scientifiques regardent aussi les tendances dans les données de conductimétrie. Des tendances saisonnières sont souvent observées pour des eaux qui reçoivent une partie de leur eau de la fonte des neiges au printemps, des eaux affectées par les sols ou des eaux qui sont situées dans des zone s à pluies saiso nnières. L es scientifiques utilisent les données saisonnières pour prévoir la qualité de l'eau dans les années à venir. Exemple d'un projet étudiant Emettre une hypothèse Une élève veut fai re des recherches en conductivité. Elle fait l'hypothèse que les fluctuations annuelles ou saisonnières de la conductivité doivent se retr ouver dans les mesures de GLOBE. Rassembler et analyser des données Elle commence à chercher dans la base d e donn ées GLOBE les écol es qui ont fait des mesures de conductivité. Elle élimine ainsi les écoles qui n'ont pas fait de mesures conséquentes depuis au moins un an. Après avoir tracé les courbes des différentes écoles en utilisant le serveur de GLOBE, l'élève remarque une tendance intéressante pour les données du Chemisches Institut Dr. Flad de Stuttgart, Allemagne. Les données sont en figure HY-EC-2. Figure HY-EC-2
GLOBE® 2017 Protocole conductivité - 9 Hydrologie L'eau à partir de laquelle l'école a réalisé ses mesures provident d'un lac d'eau douce, Feuersee. A partir de ce tableau, l'étudiante remarque que la conductivité a tendance à être plus grande en hiver qu'en été. Elle continue ses recherches en tél échargeant sur le site internet de GLOBE les moyennes mensuelles de conductivité mesurée par le Chemisches Institut Dr. Flad. Les données sont en Tableau HY-EC-3. Tableau HY-EC-3 Date Cond. µS/cm Date Cond. µS/cm 9/1998 10/1998 11/1998 12/1998 1/1999 2/1999 3/1999 4/1999 5/1999 6/1999 7/1999 9/1999 10/1999 11/1999 12/1999 1/2000 2/2000 3/2000 4/2000 527 519 789 545 754 617 675 677 737 692 665 689 790 840 760 730 639 624 654 5/2000 6/2000 7/2000 9/2000 10/2000 11/2000 12/2000 1/2001 2/2001 3/2001 4/2001 5/2001 6/2001 7/2001 9/2001 10/2001 11/2001 12/2001 706 669 613 681 785 878 907 859 701 755 746 697 712 640 560 752 820 842 L'élève importe ensuite ces données dans un tableur et trace les courbes de la Figure HY-EC-3. A partir de cette figure, les mêmes tendances peuvent être observées, cependant ce n'est pas aussi apparent que sur la Figure HY-EC-2. L'élève décide ensuite de regarder les ten dances saisonnières plutôt que mensuelles. Elle divise l'année en quatre saisons et assigne les mois de Décembre à Février à l'hiver, Mars à Mai au printemps, Juin à Août à l'été et Septembre à Novembre à l'automne. Elle calcule ensuite la moyenne de la conductivité pour chaque saison. Ces données sont dans le tableau HY-EC-4. tableau HY-EC-4 Saison Cond. µS/cm automne-1998 hiver-1999 printemps-1999 été-1999 automne-1999 hiver-2000 printemps-2000 été-2000 automne-2000 hiver-2001 printemps-2001 été-2001 automne-2001 612 639 696 679 773 710 661 641 781 822 733 637 711 L'élève trace ensuite la Figure HY-EC-5. A partir de ces données, elle est capable de voir les tendances annuelles plus clairement. L'élève note aussi qu'il n'y avait aucune donnée acceptable pour le mois d'août pour ces anné es et donc par conséquent l'été résulte d'une moyenne entre les donnée s de Juin et Juillet seulement. Figure HY-EC-3
GLOBE® 2017 Protocole conductivité - 10 Hydrologie Figure HY-EC-4 L'étudiante décide finalement de calculer les moyennes de la conductivi té pour chaque moi s sur une période de quatre ans, comme le mo ntre le Tableau HY-EC-5. Elle trace ensuite la Figure HY-EC-5. Là aussi, une tendance annuelle se retrouve. L'élève note que les moyennes de novembre, décembr e et janvier sont bien plus grandes que les autres mois de l'année. Elle réalise alors qu'elle n' a pas forcément choisi les bons mois pour chaque saison. Peut être que Novembre à Janvier aurait du représenter l'hiver. Cela aurait p lus vraisemblablemen t permis de distinguer des tendances plus s ensibles. C ependant, l'élève est sure qu'elle a en effet découvert un site qui montre les tendances annuelles de la conductivité. Pour aller plus loin Pour des rech erches plus avancées, l'élève pourrait contacter l'école et demander s'ils ont une idée des causes de ce cycle. Elle pourrait aussi demander les donnée s d' autres mesures, comme la précipit ation, pour voir si e lles peuvent être mises en relation. Elle pourrait aussi refaire ces études en regardant d'autres données saisonnières et mensuelles de conductivité dans d'autres sites. Tableau HY-EC-5 1998 1999 2000 2001 Moyenne Janvier 754 730 859 781 Février 617 639 701 652 Mars 675 624 755 685 Avril 677 654 746 692 Mai 737 706 697 713 Juin 692 669 712 691 Juillet 665 613 640 639 Août Septembre 527 689 681 560 614 Octobre 519 790 785 752 712 Novembre 789 840 878 820 832 Décembre 545 760 907 842 764
GLOBE® 2017 Protocole conductivité - 11 Hydrologie Figure HY-EC-5quotesdbs_dbs6.pdfusesText_12