2 nde : Sciences et laboratoires (SL) Activité : Etude qualitative d une eau minérale Objectif : Comparer les résultats expérimentaux observés avec les valeurs données sur les étiquettes de quelques eaux minérales. I. Composition chimique d une eau minérale Activité.1 : Etiquettes d eaux minérales a) A l aide des indications portées sur leurs étiquettes (Voir fiche annexe), compléter le tableau suivant en indiquant la composition minérale de chacune des eaux. Concentration des ions en mg.l -1 Calcium Ca 2+ Magnésium Mg 2+ Sodium Na + Potassium K + Sulfate SO 4 Hydrogénocarbonate (ou bicarbonate) HCO 3 - Chlorure Cl - Nitrate NO 3 - Vichy St-Yorre b) Indiquer pour chacune des eaux minérales la masse de son résidu à sec, indiquée sur son étiquette. Résidu à sec en mg c) Les eaux dont le résidu à sec dépasse 2 g.l -1 ne sont pas conseillées pour la consommation courante. Quelles sont parmi les eaux du tableau précédent celles qui ne sont pas adaptées à une consommation courante? d) Classer les différentes eaux minérales en eaux fortement, moyennement et faiblement minéralisées. e) On distingue plusieurs catégories d eau selon les ions présents en plus grande quantité : - Les eaux bicarbonatées calciques - Les eaux chlorurées sodiques - Les eaux sodiques bicarbonatées - Les eaux sulfatées calciques A quelle catégorie appartient chacune des eaux étudiées précédemment? f) Etablir en quelques lignes une synthèse quant aux compositions chimiques des différentes eaux minérales étudiées. Activité.2 : Tests ioniques La présence de quelques ions dans une eau minérale peut être mise en évidence en réalisant des tests ioniques. Ces tests sont basés sur l utilisation de réactifs adaptés. On rappelle dans le tableau qui suit les deux tests correspondant aux ions calcium Ca 2+ et ions sulfate SO 4 : Ion Réactif Observations Calcium Ca 2+ Oxalate d ammonium Précipité blanc Sulfate SO 4 Chlorure de baryum Précipité blanc SL 1/4
Dans 5 tubes à essais, verser à l aide d une pipette 5 ml de chaque eau minérale à étudier. Verser 4 gouttes de solution du réactif adapté dans les tubes à essais. Noter dans le tableau suivant la présence ou non de l ion Ca 2+. Noter d un : + : (Ion présent) = : (Ion moyennement présent) - : (Ion faiblement présent) Classer les eaux minérales (De celle qui contient le moins d ions Ca 2+ à celle qui en contient le plus). Réaliser les tests pour les ions sulfates SO 4 et compléter le tableau suivant : Classer les eaux minérales (De celle qui contient le moins d ions SO 4 à celle qui en contient le plus). Comparer l ensemble de vos résultats aux indications des étiquettes des différentes eaux minérales. II. Dureté d une eau Une eau contenant beaucoup d ions magnésium Mg 2+ et calcium Ca 2+ est une eau << dure >>. 1. Expérience.1 : Etude de l action d une eau savonneuse sur différentes eaux minérales Test à l eau savonneuse : Dans trois tubes à essais différents verser 5 ml de différentes eaux (, et ) puis y ajouter 10 gouttes de la liqueur de savon. Boucher l extrémité de chaque tube avec un bouchon puis le retourner sans agiter afin d homogénéiser le mélange. Observations : Complète le schéma ci-dessous, en indiquant l importance du trouble (précipité) qui apparaît dans chaque tube : Interprétations : Plus les troubles sont importants plus les eaux sont dures, plus leur degré hydroti métrique français ( THF) ou ( F) est important. Les ions calcium Ca 2+ et les ions magnésium Mg 2+ nuisent à l action des savons et des lessives. Dans ces dernières un anticalcaire est ajouté, il fixe les ions calcium et magnésium et évite ainsi la formation de précipités avec les détergents. Les eaux dures peuvent aussi former des produits qui entartrent les canalisations et les installations de chauffage. SL 2/4
2. Comparaison des duretés de trois eaux minérales a) Compléter le tableau suivant : Eaux minérales Concentration en ions calcium Ca 2+ (mg.l -1 ) Concentration en ions magnésium Mg 2+ (mg.l -1 ) Concentration totale en ions calcium et magnésium (mg.l -1 ) b) Indiquer si les résultats expéri mentaux sont en accord avec les indications des étiquettes. c) Comparer le THF de l eau de éville par rapport aux THF des trois eaux minérales ci-dessus (justifier le résultat par un calcul simple) 3. Degré hydrotimétrique français et dureté d une eau : L'eau est composée de nombreux éléments minéraux et organiques dont la richesse est fonction des sols qu'elle a traversé. Quand l'eau contient une quantité significative de calcium (Ca 2+ ) et de magnésium (Mg 2+ ), on dit qu'elle est dure ou calcaire. En réalité dans l'eau froide, il n'y a pas de calcaire mais du calcium et du magnésium, c'est à dire deux bons sels minéraux et ce n'est qu'en chauffant l'eau que ces minéraux calcium et magnésium se transforment en carbonate de calcium et carbonate de magnésium appelés communément calcaire ou tartre. Ainsi, la dureté de l'eau dépend principalement de la concentration des ions de calcium (Ca 2+ ) et des ions de magnésium (Mg 2+ ). Les ions du fer, de l'aluminium et du manganèse moins concentrés n'interviennent que modérément dans la dureté de l eau. L'unité utilisée pour exprimer la dureté de l'eau est le degré hydrotimétrique français ( F) ou le Titre Hydrotimétrique ( THF) qui correspond à la dureté d'une solution contenant 10 mg/l de carbonate de calcium (CaCO3). Un F équivaut à 4 mg de calcium par litre et à 2,4 mg de magnésium par litre. Le TH est inférieur à 10 F, l'eau est très douce et à tendance naturelle corrosive. De 10 à 20 F l eau est douce. Dans ces 2 cas il ne faut surtout rien faire qui réduirait le TH. La limite inférieure du degré hydrotimétrique pour les eaux destinées à la consommation humaine et n'ayant pas subi de traitement thermique est fixée à 15 F. Un peu de tart re protège les canalisations et évite le risque de corrosion qui dissout les métaux des canalisations tels que le fer ou le plomb nocif pour notre organisme. De 20 à 30 F, l'eau est réputée moyennement dure. Le ministère de la santé qualifie d'idéal un TH compris entre 15 et 25 F pour l'eau de consommation. De 30 à 40 F, l'eau est définie dure et très dure au-delà de 40 F, l'usage d'un adoucisseur doit être envisagé. Le tartre est responsable de surcoûts (énergie, lessives, détartrants) et de dégradations importantes au niveau des cumulus, chaudières et robinetteries. IV. d une solution aqueuse 1. Signification du d une solution : Le d une solution permet de caractériser son acidité due à la présence plus ou moins importante des ions H 3 O +. La valeur du varie de 0 à 14. Pour un 7 : la solution est acide Pour un = 7 : la solution est neutre Pour un 7 : la solution est basique 0 7 14 Solutions acides Acidité croissante Solutions neutres Solutions basiques Basicité croissante SL 3/4
2. d une eau minérale : Relever la valeur du sur les différentes étiquettes des eaux étudiées précédemment et compléter le tableau suivant : Classer ces différentes eaux en : - Eau acide - Eau basique - Eau neutre - Eau légèrement acide - Eau légèrement basique 3. Mesure de la valeur du : 3.1. Papier indicateur universel (ou papier ) : Le papier permet d avoir un ordre de grandeur de la valeur du. On dépose une goutte de la solution à l aide d un agitateur en verre sur un petit morceau de papier, suivant la couleur prise par le papier, et par comparaison sur l échelle de teinte, on déduit une valeur approchée (à l unité près) du. 12 14 1 2 10 9 3 4 8 7 6 5 3.2. Le -mètre : expérience au bureau Pour déterminer la valeur du avec plus de précision il suffit d utiliser un -mètre muni de son électrode. Celui-ci doit être préalablement être étalonné avec des solutions de parfaitement connu appelées solutions tampons. Déterminons la valeur du des différentes eaux rencontrées précédemment à l aide d un -mètre, et complétons le tableau suivant : éville SL 4/4
Fiche annexe : Etiquettes de quelques eaux minérales Calcium = 103 Magnésium = 10 Sodium = 1172 Potassium = 66 Chlorure = 235 Sulfate = 138 Bicarbonate = 2989 Fluor = 5 Résidu sec à 180 C = 3325 = 6,8 Calcium = 78 Magnésium = 24 Sodium = 5 Potassium = 1 Silice = 13,5 Bicarbonate = 357 Sulfate = 10 Chlorure = 4,5 Nitrate = 3,8 Résidu sec à 180 C = 309 = 7,2 Calcium = 9,9 Magnésium = 6,1 Sodium = 9,4 Potassium = 5,7 Silice = 30 Bicarbonate = 65,3 Sulfate = 6,9 Chlorure = 8,4 Nitrate = 6,3 Résidu sec à 180 C = 109 = 7 Calcium = 202 Magnésium = 43 Sodium = 4,7 Fluor = 0,28 Nitrate = 4,6 Sulfate = 336 Hydrogénocarbonate = 402 Résidu sec à 180 C = 841 = 7,6 Calcium = 486 Magnésium = 84 Sodium = 9,1 Nitrate = 2,7 Hydrogénocarbonate = 403 Potassium = 3,2 Résidu sec = 2125 Sulfate = 1187 Chlorure = 8 = 7,2 Calcium = 90 Magnésium = 11 Sodium = 1708 Potassium = 132 Hydrogénocarbonate = 4368 Sulfate = 174 Chlorure = 322 Fluor = 9 Résidu sec à 180 C = 4774 = 6,6