Détermination de l’alcalinité de l’eau L’alcalinité d’une eau eau se définit comme comme sa capacité capacité à réagir réagir avec un acide. L’alcalinité est due principalem principalement ent à la présence présence des ions carbona carbonates, tes, hydrog hydrogénoc énocarbona arbonates tes (ou (ou bicarbona bicarbonates) tes) et et hydroxydes hydroxydes.. La mesure de l’alcalinité totale est augmentée par des apports d’origine urbaine (phosphates, ammoniac, matières organiques) ou industrielle (apports de produits basiques ou acides).
I- DEFINITION T.A : Le titre alcalimétrique ou T.A correspond à la neutralisation des ions hydroxydes (OH -) et à la transformation des ions carbonates (CO 32-) en hydrogénocarbonates hydrogénocarbonates (HCO 3-) par un acide fort. T.A.C : Le titre alcalimétrique complet ou T.A.C. correspond à la neutralisation par acide fort des ions hydroxydes, hydroxydes, carbonates et hydrogénocarbonates. hydrogénocarbonates. Les réactions de dosage sont les suivantes :
OH- + H+ → H2O (1) CO32- + H+→ HCO3-
(2)
HCO3- + H+→ CO2 + H2O
(3)
Données :
- pK A (CO2/ HCO3-) = 6,4 ; pK A (HCO3-/ CO32-) = 10,3 - Zones (ou domaines) de prédominance prédominance de différentes diff érentes espèces en fonction de pH du milieu HCO3-
CO2 pKA1 = 6,4
Indicateur Bleu de bromophénol de bromophénol Hélianthine (ou méthyl-orange) Vert de bromocrésol rhodamine Bleu de bromothymol Rouge de méthyle Phénolphtaléine
CO32pKA2 = 10,3
Couleur Forme acide Jaune Rouge Jaune-rosé Jaune Jaune Incolore
Forme basique Bleu Jaune Bleu Bleu Rouge Rose
Zone de virage 3,1 - 4,5 3,2 - 4,4 3,8 – 3,8 – 5,4 5,4 6,0 - 7,6 4,8 - 6,0 8,2 - 10,0
pH
Largeur de la zone de virage 2,4 1,2 1,6 1,6 1,2 1,8
II- PRINCIPE de titrage : L’échantillon est titré à l’aide d’une solution d’acide fort (de titre connu) en pr ésence d’indicateurs colorés de pH spécifiques ( Phénolphtaléine, Méthylorange ) de points de virage de 8,3 et 4,5. Les points de virage, qui sont déterminés visuellement, sont les points d’équivalence sélectionnés pour les déterminations des trois composants principaux : hydrogénocarbonate (HCO 3-), carbonate (CO 32-) et hydroxyde (OH -). Interprétation des mesures de l’alcalinité
• TA : La décoloration de la phénolphtaléine (coloration rose à pH supérieur à 8,3) se produit dès que le pH est inférieur à 8,3. Les réactions (1) et (2) sont alors complètes et la réaction (3) commence seulement à se produire. Le point de virage pH 8,3 s’approche, par approximation, des concentrations équivalentes de carbonates et dioxyde de carbone (CO 2) et représente le titrage d’environ tout l’hydroxyde et de la moitié de carbonate présent. Soit alcalinité composite = [OH-] + 1/2[CO32-] = TA
NB : Si,
après ajout de la phénolphtaléine, aucune coloration rose ne se développe, l’alcalinité composite (TA) est nulle (c’ est en général le cas pour les eaux naturelles dont pH < 8,3).
TAC : Le virage du méthylorange se produit dès que le pH est inférieur à 4,5, c'est-à-dire dès un excès d’acide fort (H +) commence à apparaître. Les réactions (1) ; (2) et (3) sont alors complètes. •
La détermination de l’alcalinité totale (TAC) de l’échantillon permet donc de connaitre la teneur totale en hydroxydes, carbonates et hydrogénocarbonates. Soit alcalinité totale = [OH -] + [(CO 3)2-] + [HCO 3-] = TAC
III- DOSAGE
Les échantillons sont traités de la même façon que les solutions étalons.
Détermination de l’alcalinité composite titrable à pH = 8,3 (T.A):
Prélever 100 ml d’échantillon et la mettre dans un erlenmeyer de 250 ml, ajouter 1 à 2 gouttes de phénolphtaléine. Agiter. Si aucune coloration rose ne se développe l’alcalinité composite est nulle (c’est en général le cas pour les eaux naturelles dont pH < 8,3). Si une coloration rose est obtenue, titrer avec de l’acide Chlorhydrique 0.1N jusqu’à la disparition de la couleur rose. Soit V1 le volume titré.
Détermi nation de l’alcalinité totale (T.A.C) :
Ajouter 2 gouttes de solution hélianthine à la solution sur laquelle a été déterminée l’alcalinité composite titrée à pH 8,3. Continuer à titrer avec la solution d’acide jusqu’au changement de couleur de jaune à jaune orangé ; Soit V 2 le volume total titré.
IV- CALCULS ET EXPRESSIONS DES RÉSULTATS
TA
Calcul Alcalinité composite T A
= c(HCl) x V1 x 1000 / V
Où
TA : est la capacité à réagir avec les ions hydrogènes, exprimée en méq/L, d’alcalinité composite titrée à pH 8,3 correspondant au virage de la phénolphtaléine. c(HCl) : est la concentration, exprimée en moles par litre, de la solution d’acide chlorhydrique. V1 : est le volume, en millimètres, de la solution d’acide chlorhydrique consommée pour atteindre un pH de 8,3. V est le volume, en millimètres, de la prise d’essai (100ml).
Calcul de l’Alcalinité totale
TAC = c(HCl) x V2 x1000 / V Où TAC : est la capacité à réagir avec les ions hydrogènes, exprimée en méq/l, d’alcalinité totale titrable à pH 4,5 correspondant au virage de l’hélianthine. c(HCl) : est la concentration, exprimée en moles par litre, de la solution d’acide chlorhydrique V2 : est le volume (en millilitres) de la solution d’acide chlorhydrique consommée pour atteindre un pH de 4,5 V est le volume (en millilitres) de la prise d’essai (100 ml). Détermination Des concentrations en CO 32-, HCO3- et OH- : tableau 1 Tableau 1
HCO3 -
Ion
TA = 0
CO3 2-
OH-
méq/l
mg/l
méq/l
mg/l
méq/l
mg/l
TAC
61.02 TAC
0
0
0
0
61.02 (TAC-2TA)
2TA
60.02 TA
0
0
TAC
30.01 TAC
0
0
2TA – TAC
(2TA – TAC) x 17
TAC
17 TAC
TA
TA=TAC/2
0
0
TA>TAC/2
0
0
TA=TAC
0
0
2(TAC-TA) 60.02 (TAC-TA)
0
0
V- Résultats du dosage : Tableau 2 Échantillon d’eau
pH initial
V1 (mL)
V2 (mL)
N° 1
8,43
0.20
3.44
N° 2
7.94
aucune coloration rose ne se développe a près ajout de la phénolphtaléine
2.44
NB : la prise d’essai est de 100 ml. Réactif : HCl (0.10 N)
VI- Interprétation et calcul de TA, TAC et concentrations des espèces CO32-, HCO3- et OH1) Confirmer les résultats donnés dans le tableau 1 ci-dessus 2) Pour chaque échantillon : a) Interpréter les résultats du dosage et calculer TA et TAC. b) Calculer les concentrations en CO 32-, HCO3- et OH- en méq/L et mg/L c) Écrire la (ou les) réaction (s) du dosage et tracer la courbe correspondante en précisant le volume et le pH aux points équivalents
