Cette page donne des éléments d'informations sur le pH et la conductimétrie en générale. (Il est recommandé de lire cette partie du projet avant d'aborder le reste)
Un pH-mètre permet de mesurer le pH d'une solution (pH : Potentiel Hydrogène). Il donne l'activité des ions H3O+ en solution. Cela permet de connaitre l'acidité ou la basicité d’une solution. Il est composé de deux parties :
Pour trouver ce pH, il faut réaliser le rapport entre la concentration des ions H3O+ et le potentiel électrochimique. Lorsque la sonde trempe, il y a une tension U (due à un phénomène électrochimique) qui apparaît aux bornes des électrodes. Lorsque l'on arrive à un équilibre entre la solution et la sonde, U correspond à une fonction affine décroissante :
Avec a et b qui sont des coefficients positifs qui dépendent de la nature des électrodes, des solutions dans lesquelles la sonde est plongée et de la température. Ces deux coefficients sont ajustés grâce à l'étalonnage (avant de pouvoir utiliser un pH mètre il faut l'étalonner avec des solutions tampons ainsi qu'en fonction de la température).
Nous devons, par conséquent trouver les coefficients a et b. Pour cela nous allons utiliser les tensions mesurées des solutions tampons pH 4 et pH 7. Ainsi, nous allons dans un premier temps programmer pour que les paramètres de base soit a = 1 et b = 1. Puis, lorsque nous plongerons la sonde dans une solution de pH 4 et une de pH 7, la sonde lira deux valeurs de tension U4 et U7, cela permettra d’obtenir deux équations avec deux inconnues :
Apres résolution on obtient :
Nous pouvons alors fixer ces deux paramètres et mesurer la solution de pH inconnu. Nous verrons dans une autre partie comment ajuster ce pH en fonction de la température.
Le conductimètre est un capteur qui permet de déterminer la concentration des ions contenus dans une solution. En effet, une solution ionique est conductrice d’électricité, la conductimétrie consiste donc à mesurer les propriétés conductrices d'une solution (il est également composé de deux électrodes comme le pH).
Afin de pouvoir trouver la conductivité, nous utilisons la relation :
Avec « U » la tension, « R »la résistance et « I » l’intensité du courant.
Cela nous permet de calculer la conductance « G » :
A partir de cette conductance, nous pouvons retrouver la conductivité « C » :
Avec « k » la constante de cellule, c’est-à-dire le rapport entre la surface des deux électrodes et la distance entre celles-ci. Nous avons retrouvé k en utilisant un conductimètre prêté par le laboratoire de chimie et en utilisant la relation entre C, G et k.
Pour la réalisation de notre appareil nous avons utilisé un capteur de température, car la température a une grande importance dans les mesures de conductivité et de pH.
Il y a énormément de formules liés à la température, que ce soit avec le pH ou avec la conductivité. En effet, si la conductivité est plus ou moins forte, la formule change, et pour le pH la formule varie selon la température de la solution et la température de référence.
Par exemple, pour une température de 21 degré, nous avons un facteur de correction de 0,979 pour la conductivité alors que pour une température de 25 degré, il est de 0,901.
Il est donc important d’afficher la température sur l’écran, même si, par manque de temps, nous n’avons pas pu nous concentrer très longtemps dessus et nous devrons faire les calculs à part sur feuille.