UNIVERSITE DE DSCHANG FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT DE CHIMIE UNIVERSITY OF DSCHANG FACULTY OF SCIENCES DEPARTMENT OF CHEMISTRY COURS DE CHI35 THEME EXPOSE:DETERMINATION DE LE DURETE DE L EAU (Equilibres des carbonates) GROUPE : 18 NOMS DES EXPOSANTS DZO DEFOKOU ULRICH JOEL KOUAMO SYLVIAN MATENE FEDERIQUE LAMANGO MFOUTCHAK PETER CM0409SCI0325 CM0409SCI0306 CM0409SCI0228 CMUDS11SCI1358 PLAN DE L EXPOSE INTRODUCTION IDOSAGE COMPLEXOMETRIQUE DU CALCIUM ET DU MAGNESIUM DANS UNE EAU 1PRINCIPE 2MODE OPERATOIRE IIDURETE TOTALE DE L EAU OU TITRE HYDROTIMETRIQUE IIIEQUILIBRES DES CARBONATES IVEFFET D UNE EAU DURE DANS LA VIE CONCLUSION Afrostylingenieurs.unblog.fr Page 1
INTRODUCTION Dans son parcours naturel, l eau traverse plusieurs types de sols, de nature géologique différente. Elle se charge alors en sels minéraux et en oligoéléments. Elle peut donc, selon les régions, présenter des teneurs différentes en ces divers composants. Une eau dure est contient une quantité élevée de calcium et de magnésium. Cette dureté peut être déterminée de deux manières, soit par dosage complexométrique du calcium et du magnésium dans l eau avec l EDTA comme agent complexant, soit par l étude de son titre hydrotimétrique qui est la concentration en ions calcium et magnésium dans un litre d eau. Puisque une eau dure contient également les carbonates, nous insisterons tout en donnant que peut une eau dure dans la vie, sur l équilibre des carbonates. IIDOSAGE COMPLEXOMETRIQUE DU CALCIUM ET DU MAGNESIUM DANS UNE EAU L agent complexant est l EDTA (éthylène diamine tetraacétique) Les symboles correspondent aux atomes par lesquels le ligand est lié dans le complexe, l EDTA est généralement présent sous forme de sels disodique de formule H 2 Y 2. 1Principe du dosage On réalise un premier dosage en milieu alcalin en éliminant Mg 2+ de la solution selon l équation de précipitation suivante : Mg 2+ + 2OH Mg(OH) 2 (s) On dose le calcium restant avec une solution de l EDTA en présence du réactif de Patton et Reeder conformément aux équations : Ca 2+ + PR (bleu) (CaPR) 2+ (rouge) Afrostylingenieurs.unblog.fr Page 2
Ca 2+ + H 2 y 2 CaY 2 + 2H + Un deuxième dosage est effectué en présence du NET (qui est un indicateur des deux ions Mg 2+ et Ca 2+ ) en milieu ammoniacal permet de doser la somme (Mg 2+ + Ca 2+ ) car le complexe Ca(II) est plus stable que celui de Mg(II), et en milieu ammoniacal a ph=9, l hydroxyde de magnésium ne se forme pas.la réaction de l EDTA avec le magnésium est la suivante : Mg 2+ + H 2 Y 2 MgY 2 + 2H + La fin de la réaction est décelée par la persistance de la couleur bleue. 2Mode opératoire 1 er Dosage : Dans un erlenmeyer une solution (Mg 2+ + Ca 2+ ), ajouter quelques gouttes de soude concentrée et une pincée d indicateur de Patton et Reeder. L hydroxyde de magnésium précipite. Titrer avec l EDTA jusqu'à l apparition de la coloration bleue. Les équations des réactions ayant lieu sont suivantes : Mg 2+ + 2OH Mg(OH) 2 (s) Ca 2+ + H 2 y 2 CaY 2 + 2H + Le protocole expérimental est le suivant : 2 ème Dosage : Dans une solution contenant Mg 2+ + Ca 2+, ajouter un volume de tampon ammoniacal, une pincée de NET, puis titrer avec l EDTA jusqu'à l apparition de la coloration bleue. Le premier dosage permet de déterminer le titre du calcium dans le mélange. En retranchant cette quantité au volume d EDTA ajouter pour le dosage des deux ions, on déterminé le titre du magnésium. La dureté d une eau est encore appelé titre hydrotimétrique qui est la quantité d ions calcium et magnésium dans l eau. IIDURETE TOTALE DE L EAU OU TITRE HYDROTIMETRIQUE Afrostylingenieurs.unblog.fr Page 3
Le titre hydrotimétrique d une eau est quantité d ions calcium et magnésium dans l eau. En règle générale, la quantité de calcium est trois à dix fois supérieur a celle du magnésium. Un degré hydrotimétrique ( o TH) correspond a une concentration en ions Mg 2+ ou Ca 2+ égale C=10 1 mmol.l 1. Un degré hydrotimétrique ( o TH) correspond aussi à un degré français (1 o f), Nous avons quelques échantillons d eau avec leur titre hydrotimétrique(th) donné en degré français (1 o f) Eau très douce (eau de pluie, eau distille, eau de rivière) 0 o <TH <5 o f Eau moyennement dure 11 o <TH<15 o f Eau très dure TH>30 o f Il faut également noter que le TH se mesure grâce à des tests calorimétriques ou par calcul si on connait la composition de l eau. Par exemple : l étiquette d une eau de source indique : calcium 86mg/l, magnésium 3mg/l de masses atomiques respectives 40,1 et 23,3 en g/mol. TH = = III EQUILIBRES DES CARBONATES L ensemble des carbonates, les sulfates de calcium déterminent la dureté de l eau.la présence des carbonates donnent a l eau une dureté provisoire, car ils peuvent être enlevés par ébullition.les carbonates englobent généralement trois types de compose à savoir : le gaz carbonique(co 2 ) contenu dans l atmosphère. les composés d acides carboniques : H 2 CO 3, HCO 3 et CO 3 2 les composés carbonatés : calcite CaCO 3, dolomite CaMg(CO 3 ) 2, contenus dans les roches. Il peut donc avoir dissolution ou dégazage des gaz carboniques au contact de l atmosphère avec l eau ou précipitation au contact dans rochent avec l eau. Suite à ces différents contacts, les réactions qui peuvent se produire sont traduites par les équations suivantes : CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 + H + HCO 3 CO 3 + H + CaCO 3 + CO 2 CO 3 + Ca 2+ Afrostylingenieurs.unblog.fr Page 4
Cet ensemble de réactions étroitement dépendantes des conditions de température et de pression peut être résume par la réaction de dissolution de la calcite dans une eau charge en gaz carbonique selon la réaction : CaCO 3 + CO 2 Ca 2+ + 2HCO 3 Au cours d'une ébullition prolongée, une partie des ions participant à la dureté de l'eau sont éliminés par la précipitation de carbonates de calcium et de magnésium. La dureté de l'eau qui a subi un tel traitement est appelé "dureté permanente», et qui est due a la présence du CaSO 4. La différence entre la dureté totale et la dureté permanente s'appelle "dureté temporaire. Les réactions qui peuvent se produire sont traduites par les équations suivantes : CaSO 4 Ca 2+ + HCO 3 Ca 2+ (aq) + SO 4 2 (aq) Ks = 3. 10 5 (mol 1 ) 2 à 25 o C CaCO 3 (s) + CO 2(g) + H 2 O EQUILIBRE DES ESPECES DISSOUTES Soit l équation : HCO 3 H + + CO 3 2 L équilibre peut être défini par la relation : On peut également définir un Ka pour la réaction : H 2 CO 3 HCO 3 + H + Ka et Ka étant deux paramètres caractéristiques des relations entre PH et espèces carbonatées dissoutes. Les équilibres carbonatés jouent un rôle très important dans la définition de la qualité des eaux et en particulier sur leur ph. Les connaissances de base sont relativement simples à maîtriser; cependant, l'expérience montre qu'il est utile de pratiquer des calculs avec des logiciels thermodynamiques et d'étudier différents cas concrets afin d'acquérir les bons réflexes. IVEFFET D UNE EAU DURE DANS LA VIE Avantages d une eau dure : La consommation d une eau riche en calcium permet d augmenter la ration calcique et améliore ainsi la couverture des besoins de l organisme. Même si les produits laitiers constituent la source majeure de calcium, les eaux, lorsqu elles sont calcaires en sont un excellent complément. Afrostylingenieurs.unblog.fr Page 5
Une eau dure permet la protection des canalisations de la corrosion. Dans le cas de canalisations en plomb, le dépôt de calcaire protège les tuyaux, et limite ainsi la contamination de l eau par le plomb. Le rinçage est plus facile (lors de la prise d une douche par exemple). Inconvénients d une eau dure : L eau dure diminue les propriétés détergentes des lessives et savons qu il faut alors utiliser en plus grande quantité (plus une eau est dure, moins elle fait mousser le savon). Le nettoyage avec une eau dure est donc plus difficile qu'avec une eau douce. Son usage en agriculture augmente la concentration de sels dans les sols et favorise leur stérilisation. Une eau dure peut poser des problèmes d entartrage des appareils et des canalisations d eau chaude et en diminuer la pression CONCLUSION Parvenu au terme de notre exposé ou il était question de déterminer la dureté de l eau tout en insistant sur l équilibres des carbonates, nous avons constaté qua cette dureté correspond à la teneur en ions calcium et magnésium. Cette dureté peut être déterminée soit complexometrie soit par mesure du titre hydrotimétrique.l eau dure n est pas forcement mauvaise pour la sante.au contraire, il y a moins de risque d avoir un infarctus au sein des populations alimentées en eau naturellement dure. REFERENCES BIBIOGRAPHIQUES support de cours page 4346 support de TP de chimie inorganique du niveau II www.sciencesdirect.com http://fr.wikipedia.org/wikidecarbonates http://www.intercopropietes.com/portail/logement/eau durete.html http:// wikipedia / dureté de l eau.html Afrostylingenieurs.unblog.fr Page 6