Titre alcalimétrique et titre alcalimétrique complet

1 , et Page 1 document propos sur le site Sciences Physiques en BTS : Titre alcalim trique et Titre alcalim trique complet A Introduction : 1 ) D finitions : ) Titre Alcalim trique ( ) : ) Titre Alcalim trique complet ( ) : Remarque importante : On trouve, aussi, la d finition suivante, pour le : 2 ) Interpr tation : L alcalinit d une eau correspond la pr sence d esp ces basiques telles que les ions hydroxyde ( OH), les ions carbonate ( 23OC), les ions hydrog nocarbonate (*) ( 3 OCH) et, dans une moindre mesure, les ions phosphate ( 34OP), silicates ( 23 OSi), .. (*) il est aussi nomm ion bicarbonate . 3 ) Diagramme de pr dominance des esp ces 2OC, 3 OCH, 23OC : On donne les AKp des couples acido-basiques 3dissous,2 OCH/OC et 233OC/OCH, 298 K : 35,6)OCH/OC(pK3dissous,2A= et 35,10)OC/OCH(pK233A= Ces valeurs permettent d tablir le diagramme de pr dominance des esp ces 2OC, 3 OCH, 23OC.

2 On superpose ce diagramme, les zones de virage des indicateurs color s cit s dans les d finitions pr c dentes. HCO3-2CO-3pH8,2CO26,3510,359,8ph nolphtal ne3,14,4h lianthinerougeorangeincolorerose3,8vert de bromocr sol5,4jaunebleuD finition : C'est le volume d'acide (exprim en mL) ,0 en ions HO3+ n cessaire pour doser mL100d'eau en pr sence de ph nolphtal ine. Le s exprime en F. D finition : C'est le volume d'acide (en mL) ,0 en ions HO3+ n cessaire pour doser 100 mL d'eau en pr sence de m thylorange (encore appel h lianthine). Il s exprime en F. D finition : C'est le volume d'acide (exprim en mL) 0,02 en ions HO3+ n cessaire pour doser 100 mL d'eau en pr sence de vert de bromocr sol.

3 Il s exprime en F. Dans ce qui suit, nous ne prendrons en compte que les ions hydroxyde, les ions carbonate et les ions hydrog nocarbonate (cas le plus fr quemment rencontr ). CO 2 meq / L F , et Page 2 document propos sur le site Sciences Physiques en BTS : Le dosage (en pr sence de ph nolphtal ine) permet d acc der la concentration en ions carbonate et en ions hydroxyde de l eau). Le second dosage (en pr sence d h lianthine ou en pr sence de vert de bromocr sol) nous permet d acc der la concentration totale en ces trois ions ! B - Expression du et du d une eau : Soit une eau contenant des ions hydroxyde, carbonate et hydrog nocarbonate. 1 ) d une eau, en degr s fran ais ( F) : Le dosage en pr sence de ph nolphtal ine d une telle eau permet d acc der au T.

4 A. : Bilans des r actions pr pond rantes (le virage de la ph nolphtal ine a lieu dans le domaine de pr dominance de l ion hydrog nocarbonate) : molxmolxOH2 OHOH23 + + molymolyOHOCHOHOC23323+ + + A l quivalence, les ions hydronium, pr sents dans la solution d acide fort, et les ions antagonistes ont t introduits dans les proportions st chiom triques. eq3eq,OHV]OH[yxn3 =+=++ relation (a) D autre part, on a : eauV]OH[molx = relation (b) et eau23V]OC[moly = relation (c). L quivalence se traduit par : )]OC[]OH[(VV]OH[23eaueq3 ++= Le plus souvent, dans cette relation, les concentrations sont exprim es en et les volumes en litres mais si nous exprimons les volumes en mL et les concentrations en , la relation reste vraie !

5 C est la convention que nous utiliserons, d sormais. Nous obtenons : )mLen(V)mLen(V]OH[]OC[]OH[ =+ + Utilisons la d finition du ; ]OH[ += et mL100 Veau=. La relation pr c dente s crit, alors : )mLen(V51]OC[]OH[ =+ Ou encore : )mLen(V]OC[5]OH[ + Dans le cas simplifi que nous venons de traiter, la d finition du d une eau s crit : )Fen(. ]OC[21]OH[Fen23 Fen =+ Pour l ion hydroxyde : ]OH[]OH[51 = Pour l ion carbonate : ]OC[21]OC[51 = N oublions pas que la mesure de )mLen(Veq donne le (en F) ! , et Page 3 document propos sur le site Sciences Physiques en BTS : 2 ) d une eau, en degr s fran ais ( F) : Le dosage en pr sence d h lianthine d une telle eau permet d acc der au : Bilans des r actions pr pond rantes (le virage de l h lianthine comme celui du vert de bromocr sol) se fait dans le domaine de pr dominance de l esp ce aq,2OC).

6 MolxmolxOH2 OHOH23 + + moly2molyOH3 OCOH2OC2aq,2323+ + + molzmolzOH2 OCOHOCH2aq,233+ + + A l quivalence, les ions hydronium, pr sents dans la solution d acide fort, et les ions antagonistes ont t introduits dans les proportions st chiom triques. eq3eq,OHV]OH[zy2xn3 =++=++ relation ( ) D autre part, on a : eauV]OH[molx = relation ( ) eau23V]OC[moly = relation ( ). eau3V]OCH[molz = relation ( ) L quivalence se traduit par : eq3323eauV]OH[)]OCH[]OC[2]OH[(V =+++ )mLen(V)mLen(V]OH[]OCH[]OC[2]OH[ =++ + Ou encore, en tenant compte des valeurs num riques pr cis es dans la d finition du : )mLen(V51]OCH[]OC[2]OH[ =++ Dans le cas simple que nous venons de traiter, la d finition du d une eau s crit : )Fen(.

7 ]OC[]OCH[]OH[Fen23 Fen3 Fen =++ Pour l ion hydroxyle : ]OH[]OH[51 = Pour l ion carbonate : ]OC[]OC[101 = ]OCH[]OCH[51 = N oublions pas que la mesure de )mLen(Veq donne le (en F) ! , et Page 4 document propos sur le site Sciences Physiques en BTS : Remarque : Dans les eaux potables, la concentration des ions hydroxyde est faible devant celle des ions hydrog nocarbonate et devant celle des ions carbonate. Dans ce cas, les documents techniques indiquent souvent : C Correspondance avec le libreOC2 : 1 ) D finition : Le libreOC2 mesure la concentration en aq2OC (dioxyde de carbone dissous) ; naturellement, la concentration en aq2OC est en corr lation avec le pH de l eau (et sa temp rature !

8 Les constantes d acidit sont donn es 298 K, la solubilit du dioxyde de carbone volue aussi avec la temp rature !.. et avec la pression !) .. Le diagramme de pr dominance vu en introduction, nous indique imm diatement qu une eau riche en aq2OC sera assez acide (on dit agressive ). Par contre, une eau riche en ions carbonate sera dite incrustante (d p t de carbonates insolubles). Les eaux de surface, en contact avec l atmosph re (pression voisine de un bar, atmosph re pauvre en dioxyde de carbone) sont souvent l quilibre ; elles ne sont ni incrustantes , ni agressives . Le totalOC2 mesure la somme des trois concentrations : ]OC[]OCH[]OC[]OC[233aq2total2 ++= 2 ) Exemple : Nous utilisons une feuille d analyse (fournie en annexe) qui n est pas toute jeune , mais pleine de ressources !

9 (notons que la temp rature de l chantillon analys n est pas pr cis e) L existence du couple acido-basique 3aq2 OCH/OC impose la relation suivante : ]OC[]OCH[log)OCH/OC(KpHpaq233aq2A += (35,6)couple(KpA=) Sur la feuille d analyse qui suit, d terminons la concentration molaire en dioxyde de carbone dissous (dioxyde de carbone libre ) partir de sa concentration massique : ]OC[ = ,34]OC[ = (masse molaire )OC(M =) Nous calculons, aussi, la concentration molaire des ions hydrog nocarbonate : (masse molaire )OCH(M =) Nous v rifions, ensuite, l ordre de grandeur attendu pour le pH en utilisant la relation ci-dessus : 23,6 Hpcalcul ]OCH[ = ,26]OCH[ = Fen3]OCH[)Fen.( )Fen(. + , et Page 5 document propos sur le site Sciences Physiques en BTS : Reproduction d une feuille d analyse de l eau destin e une installation frigorifique (Revue g n rale du froid n 10 / nov.)

10 76) 25,6Hp= 2OC libre : 1,527 g / L soit 0,8 L de dioxyde de carbone pression normale par litre d eau. Conversion en F Alcalinit en cc * (HCl N / 10) ** par L 262 cc Duret totale 106 F 106 F Duret permanente 25,5 F 25,5 F Duret temporaire 80,5 80,5 F 3 OCH 1,5987 g / L 24OS 0,1646 g / L Cl 0,720 g / L +2Ca 0,300 g / L +2Mg 0,071 g / L +Na 0,373 g / L +K 0,340 g / L * 1cc d signe Lm1 ou 3cm1 ** Une solution de chlorure d hydrog ne N / 10 a une concentration de ,0 en ions hydronium. Remarque : Nous en profitons pour d coder le langage utilis pour noter l alcalinit .. Donc : 262 cc = 262 mL On suppose, ici, que l on a dos L1 d eau et non mL100 comme dans la d finition donn e en introduction !