Notion de pouvoir tampon, cas de l eau de mer. Spé TS automne

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1 Mots clés : Constante d acidité, pka, domaine de prédominance, addition d une solution dans une autre, variation du ph. Objectif : découvrir le pouvoir tampon par des additions, avancer vers le dosage avec suivi ph. 1. Problématique, questions Comment le ph d une solution biologique, comme l eau de mer de la Tranche (85), répond à une addition modérée d acide fort? Quel est le comportement de l eau distillée du laboratoire dans les mêmes conditions? Pour répondre à ces questions deux pistes : expériences, théorie. 2. Expériences 1. Proposer un protocole expérimental pour étudier le comportement du ph de l eau de mer face à cette «agression», (ajout d acide). 2. Un schéma de l expérience est le bienvenu.. Dans la liste de matériel, se souvenir des dosages de première.. Calculs théoriques Variation du ph lors d une addition d acide fort à de l eau pure. Un volume de 1mL de solution d acide fort (H0+ ; Cl-) de concentration c=1, mol/l est à 20 ml d eau pure. 4. Est-ce une dilution «toute simple», ou bien y-a-t-il une réaction chimique? 5. Calculer le nombre de mole d ions oxonium s. 6. Quel est le volume de la solution après l addition? 7. Calculer la concentration en ions oxonium de la solution. 8. En déduire le ph après addition. Le coup de pouce 4. Matériel, expérience, mesures. Pour répondre à la problématique, on procède à des suivis ph métrique lors de l addition, à la burette d acide chlorhydrique. Cette méthode ressemble au suivi ph lors d un dosage. Une addition modérée d acide peut être effectuée dans un échantillon d eau de mer de volume Ve= 20mL, on parle de prise d essai pour l eau de mer. La burette est la pièce de verrerie ad hoc pour des additions progressives d une solution dans une prise d essai. L agitateur rend la solution homogène. Le ph mètre et ses solutions étalons est l appareil de mesure central de cette expérience. Un tableau récapitulatif peut rassembler les résultats des mesures des groupes. Le schéma de l expérience peut être le suivant. 5. Exploitation des mesures. 9. Placer les résultats des mesures sur le fond de courbe théorique. 10. L eau déminéralisée du laboratoire est elle pure? Sur les courbes observer la variation du ph de l eau de mer, et de l eau déminéralisée. 11. Peut-on parler d amortissement des variations du ph pour l eau de mer? 12. En déduire si la solution est le siège d une réaction chimique.

2 6. Pouvoir tampon, première approche Le pouvoir tampon est la capacité d une solution à maintenir son ph malgré des additions modérées d acide, de base, ou d eau. Le sang est un exemple de solution tamponnée. L eau de mer de même. Système dioxyde de carbone aqueux, mono hydrogénocarbonate, carbonate. 2 Les trois espèces chimiques sont,( CO ; H O), HCO CO 2 2, 1. Donner les deux couples et les deux équations acido basiques. 2. Le pka du couple,( CO ; H O) HCO vaut 6,5 sous quelle forme se trouve le dioxyde 2 2 / de carbone dans le sang de ph 7,4? Même question pour l eau de mer de ph 8. Montrer comment, lors d un ajout d acide, le système dioxyde de carbone dissous, monohydrogénocarbonate, absorbe la perturbation. Le système carbonate est complété par un autre équilibre l équilibre dioxyde de carbone aqueux, dioxyde carbone gazeux (atmosphérique). 4. Ecrire l équation de cet équilibre. 5. Comment le système évacue-t-il un excès de CO 2? 6. Les autres acteurs biologiques de cette régulation sont la respiration et l excrétion. 7. L organisme dispose ainsi d une gamme de procédés de temps de réaction divers instantané pour le tampon, quelques minutes pour la respiration, quelques heures pour l excrétion. 7. Exercice difficile : Dilution, concentration en ions oxonium, calcul du ph lors de l ajout d acide dans un volume d eau pure. Un échantillon de noté Ve reçoit des volumes notés Vn d acide fort de concentration en soluté apporté c=0,10 mol/l. 1. Expliquer en quoi il s agit d une dilution, en l absence de réaction chimique. 2. Montrer que le taux de dilution diminue pour tendre vers zéro.. Exprimer le nombre de mole d ions oxonium en fonction de c et Va. 4. Montrer que la concentration des ions oxonium vaut, en fonction de Ve, Va et c. V + [ H O ] = c. V + V échantillon 5. Donner l expression du ph en fonction de la concentration en ions oxonium. V 6. En déduire que le ph est ph = Log( c) Log V + Véchantillon 7. Quelle est la limite de la fonction ph, lorsque V tend vers l infini? 8. Compréhension côté chimie, Evolution du ph de l eau pure lors de l ajout d acide c=0,01mol/l 1. En raisonnant sur la manipulation, montrer simplement que le mélange évolue pour ressembler de plus en plus à la solution de la burette. 2. Quelle est la valeur du ph de la solution e?. Justifier alors la limite vers laquelle tend le ph. [ A ] 9. Pouvoir tampon, utilisation de l expression = pk + Log ph a [ AH ], 4. Quel est l antécédent de zéro pour la fonction logarithme? 5. Montrer que dans une solution telle que les concentrations des deux formes du couple sont égales, le ph vaut le pka. Le pka du couple,( CO ; H O) HCO vaut / 6. Placer cette valeur sur une représentation des domaines de prédominance du couple. 7. Dans ces conditions, comment se traduit une dilution? La suite demande d avoir vu le suivi ph métrique d un dosage.

3 10. L article de wikipedia En chimie, une solution tampon est une solution qui maintient approximativement le même ph malgré l'addition de petites quantités d'un acide ou d'une base, ou malgré une dilution. Si l'un de ces trois critères n'est pas vérifié alors la solution est une solution pseudo-tampon. Une solution tampon est composée : soit d'un acide faible HA et de son anion A 1 Il s'agit par exemple du couple CH COOH/CH COO, ou encore du couple NH 4 + /NH. soit d'une base faible B et de son cation BH + 2 On trouve dans le sang humain une solution tampon physiologique formée par le couple H 2 CO /HCO - qui maintient le ph sanguin entre 7,5 et 7, Les résultats ph pure ph mer pheau phmer pheau phmer pheau phmer pheau

4 Suivis phmétriques de l addition d acide, de soude, d eau. Le volume de chaque prise d essai est 20mL. Solution e. Solution testée V 0 0,5 1 1,5 2 2,5,5 4 4,5 5,8 ph théorique en fonction du volume d'acide c=10-2 mol/l dans V=20mL d'eau pure.,6,4,2 2,8 ph 2,6 2,4 2,

5 4. Tableau de mise en commun des mesures. Solution e. Solution testée V 0 0,5 1 1,5 2 2,5,5 4 4,5 5

6 Calculs théoriques dans le cas de l addition d un acide ou d une base forte à de l eau. Il s agit d une dilution donc pour c= 0,1 mol/l. V + [ H O ] = c. ce qui donne une fois passé au Log. V + V échantillon ([ ]) V + ph = Log H O = Log c., la variable est V. V + Véchantillon On peut écrire, en utilisant la propriété du log. ([ ]) V + ph = Log H O = Log( c) Log V + Véchantillon La fraction dans le deuxième terme tend vers 1 quand V augmente, donc le ph se rapproche de celui de la solution «attaquante» seule. 2,4 ph théorique lors de l'addition d'acide fort à l'eau distillée c=0,1 mol/l, V= 10mL 2,2 2 1,8 1,6 ph 1,4 1,

7 12,8 ph théorique lors de l'addition de base forte à l'eau c=0,1, V=10mL 12,6 12,4 12,2 ph 12 11,8 11,

8 Classe :TS spé Matière : Chimie Professeur référent : BR Titre : TP n pouvoir tampon de l eau de mer. Matériel bureau ph mètre de secours Béchers et pôts Produit bureau HCL 0,01mol 50mL par montage. Eau de mer, compter 20mL par groupe plus conditionnement. Matériel par binôme : Bécher de 50x Agitateur et barreau, Produits par binôme : Eau déminéralisée assez neuve. passoire. Burette, courte, ph mètre Pipette de 20, propipette Solutions d étalonnage

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