Titre alcalimétrique et titre alcalimétrique complet

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1 Titre alcalimétrique et titre alcalimétrique complet A Introduction : ) Définitions : Titre Alcalimétrique (T.A.) : F m / L T.A. T.A.C. Définition : C'est le volume d'acide (exprimé en ml) à 0,0 mol.l en ions H O nécessaire pour doser 00 ml d' en présence de phénolphtaléine. Le T.A. s exprime en F. Titre Alcalimétrique Complet (T.A.C.) : Définition : C'est le volume d'acide à 0,0 mol.l en ions H O nécessaire pour doser 00 ml d' en présence de méthylorange (encore appelé hélianthine). Il s exprime en F. Remarque importante : On trouve, aussi, la définition suivante, pour le T.A.C. : Définition : C'est le volume d'acide (exprimé en ml) à 0,0 mol.l en ions H O nécessaire pour doser 00 ml d' en présence de vert de bromocrésol. Il s exprime en F. ) Interprétation : L alcalinité d une correspond à la présence d espèces basiques telles que les ions hydroxyde ( H O ), les ions carbonate ( C ), les ions hydrogénocarbonate (*) ( H ) et, dans une moindre O O 4 O mesure, les ions phosphate ( P ), silicates ( Si ),... (*) il est aussi nommé «ion bicarbonate». ) Diagramme de prédominance des espèces C O, On donne les p K des couples acido-basiques A pk A (,dissous / H ) = 6,5 vert de bromocrésol T.A., T.A.C. et C ie. Page Dans ce qui suit, nous ne prendrons en compte que les ions hydroxyde, les ions carbonate et les ions hydrogénocarbonate (cas le plus fréquemment rencontré). H,,dissous / H C O : C O et A = / H, à 98 K : et pk ( H / ) 0, 5 Ces valeurs permettent d établir le diagramme de prédominance des espèces C O, H, On superpose à ce diagramme, les zones de virage des indicateurs colorés cités dans les définitions précédentes. 6,5 0,5 - H - ph rouge orange incolore rose, 4,4 8, 9,8 hélianthine phénolphtaléïne jaune,8 5,4 bleu C O.

2 Le dosage (en présence de phénolphtaléine) permet d accéder à la concentration en ions carbonate et en ions hydroxyde de l ). Le second dosage (en présence d hélianthine ou en présence de vert de bromocrésol) nous permet d accéder à la concentration totale en ces trois ions! B - Expression du T.A. et du T.A.C. d une : Soit une contenant des ions hydroxyde, carbonate et hydrogénocarbonate. ) T.A. d une, en degrés français ( F) : Le dosage en présence de phénolphtaléine d une telle permet d accéder au T.A. : Bilans des réactions prépondérantes (le virage de la phénolphtaléine a lieu dans le domaine de prédominance de l ion hydrogénocarbonate) : HO H O H O x mol x mol H O H H O A l équivalence, les ions hydronium, présents dans la solution d acide fort, et les ions antagonistes ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. n = x y = [H O ] V relation (a) D autre part, on a : H O, x mol = [HO ] V relation (b) et ] V = [ L équivalence se traduit par : [H O ] V = V ( [HO ] [ ] ) relation (c). Le plus souvent, dans cette relation, les concentrations sont exprimées en mol.l et les volumes en litres mais si nous exprimons les volumes en ml et les concentrations en mmol.l, la relation reste vraie!.c est la convention que nous utiliserons, désormais. V Nous obtenons : [HO ] [ ] = [H O ] V Utilisons la définition du T.A. ; [H O ] = 0 mmol. L et V = 00 ml. La relation précédente s écrit, alors : [ HO ] [ ] = V 5 Ou encore : [HO ] 5 [ ] V = 5 Pour l ion hydroxyde : 5 [HO ] = [HO ] Pour l ion carbonate : 5 [ ] = [ ] N oublions pas que la mesure de V donne le T.A. (en F)! Dans le cas simplifié que nous venons de traiter, la définition du T.A. d une s écrit : [ HO ] [ ] = T.A. (en F) T.A., T.A.C. et C ie. Page

3 ) T.A.C. d une, en degrés français ( F) : Le dosage en présence d hélianthine d une telle permet d accéder au T.A.C. : Bilans des réactions prépondérantes (le virage de l hélianthine comme celui du vert de bromocrésol) se fait dans le domaine de prédominance de l espèce C ). x mol x mol O, aq HO H O H O H O, aq H O z mol z mol H H O, aq H O A l équivalence, les ions hydronium, présents dans la solution d acide fort, et les ions antagonistes ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. D autre part, on a : n = x y z = [H O ] V relation ( α ) H O, x mol = [HO ] V ] V = [ relation (β ) relation ( γ ). ] V z mol = [H relation ( δ ) L équivalence se traduit par : V ( [ H O ] [ ] [ H ]) = [ H O ] V [ HO ] [ ] [ H ] = [ H O ] Ou encore, en tenant compte des valeurs numériques précisées dans la définition du T.A.C. : [ HO ] [ ] [H ] = V 5 V V Pour l ion hydroxyle : 5 [HO ] = [HO ] Pour l ion carbonate : [ ] = [ ] en 0 F 5 [H ] [H ] = N oublions pas que la mesure de V «donne» le T.A.C. (en F)! Dans le cas simple que nous venons de traiter, la définition du T.A.C d une s écrit : [ H O ] [ H ] [ ] = T.A.C. (en F) T.A., T.A.C. et C ie. Page

4 Remarque : Dans les x potables, la concentration des ions hydroxyde est faible devant celle des ions hydrogénocarbonate et devant celle des ions carbonate. Dans ce cas, les documents techniques indiquent souvent : T.A.C.() T.A.() [ H ] C Correspondance avec le «libre» : ) Définition : Le «libre» mesure la concentration en C O aq (dioxyde de carbone dissous) ; naturellement, la concentration en C O aq est en corrélation avec le ph de l (et sa température!... les constantes d acidité sont données à 98 K, la solubilité du dioxyde de carbone évolue aussi avec la température!... et avec la pression!)... Le diagramme de prédominance vu en introduction, nous indique immédiatement qu une riche en C O aq sera assez acide (on dit «agressive»). Par contre, une riche en ions carbonate sera dite «incrustante» (dépôt de carbonates insolubles). Les x de surface, en contact avec l atmosphère (pression voisine de un bar, atmosphère pauvre en dioxyde de carbone) sont souvent «à l équilibre»; elles ne sont ni «incrustantes», ni «agressives». Le «total» mesure la somme des trois concentrations : ) Exemple : [ total ] = [ aq ] [ H ] [ Nous utilisons une feuille d analyse (fournie en annexe) qui n est pas toute «jeune», mais pleine de ressources! (notons que la température de l échantillon analysé n est pas précisée) ] L existence du couple acido-basique aq / H C O impose la relation suivante : [ H ] ph = pk A ( aq / H ) log ( pk A (couple) = 6, 5 ) [ ] Sur la feuille d analyse qui suit, déterminons la concentration molaire en dioxyde de carbone dissous (dioxyde de carbone «libre») à partir de sa concentration massique : [ aq ] = 57 mg. L (masse molaire aq [ M ( ) = 44 g. mol ) aq ] = 4,7 mmol. L Nous calculons, aussi, la concentration molaire des ions hydrogénocarbonate : [ H ] = 599 mg. L (masse molaire ) = 6 g. ) M ( H mol Nous vérifions, ensuite, l ordre de grandeur attendu pour le ph en utilisant la relation ci-dessus : ph calcul 6, [ H ] = 6, mmol. L T.A., T.A.C. et C ie. Page 4

5 p H = Reproduction d une feuille d analyse de l destinée à une installation frigorifique (Revue générale du froid n 0 / nov. 76) 6,5 Annexe C O libre :,57 g / L soit 0,8 L de dioxyde de carbone à pression normale par litre d. Conversion en F Alcalinité en cc * (HCl N / 0) ** par L 6 cc Dureté totale 06 F 06 F Dureté permanente 5,5 F 5,5 F Dureté temporaire 80,5 80,5 F H,5987 g / L S O 4 0,646 g / L Cl 0,70 g / L Ca 0,00 g / L Mg 0,07 g / L Na K * cc désigne ml ou cm 0,7 g / L 0,40 g / L ** Une solution de chlorure d hydrogène N / 0 a une concentration de hydronium. 0,mol.L en ions Remarque : Nous en profitons pour «décoder» le langage utilisé pour noter l alcalinité... Donc : 6 cc = 6 ml On suppose, ici, que l on a dosé L d et non 00 ml comme dans la définition donnée en introduction! De plus, cette a été dosée avec une solution d acide fort à 0, mol / L! Le travail effectué, auparavant, dans un cas un peu plus général, nous permet d écrire : [ H O ] V = V ( [HO ] [ ] [H Dans ce cas-ci, la concentration en ions hydroxyde est très faible, la concentration des ions hydrogénocarbonate aussi ; nous avons : H O ] V V [ H ] V = L V = 6 ml Nous obtenons : [ H ] 6, mmol. L ]) [ [ H O ] = 0, mol. L = ce qui correspond bien à la concentration molaire calculée précédemment (bas de la page précédente)! T.A., T.A.C. et C ie. Page 5