Introduction Dans l’eau les principales substances dissoutes sont des gaz : dioxygène et dioxyde de carbone et des ions : sodium, potassium, magnésium, calcium, chlorure….
Définitions Le titre hydrotimétrique = dureté de l'eau, est l’indicateur de la minéralisation de l’eau. Elle est surtout due aux ions calcium et magnésium. La dureté s’exprime (ou mg/L) de CaCO3 ou (symbole °f ou °fH) degré français correspond à 10-4 mol/L soit 4 milligrammes de calcium ou 2,4 milligrammes de magnésium par litre d’eau. Dureté totale : Concentration totale en ions calcium et magnésium. S'effectue par un dosage par l'EDTA à pH = 10, en utilisant le NET comme indicateur. Dureté permanente : Concentration en ions calcium et magnésium après précipitation des carbonates. Le dosage s'effectue comme précédemment après une ébullition prolongée et filtration.
TITRE ALCALIMETRIQUE et TITRE ALCALIMETRIQUE COMPLET Le TA correspond à la mesure de la teneur d'une eau en hydroxydes et de la moitié de sa teneur en carbonates alcalins et alcalino-terreux. Le TA mesure la totalité des bases libres : OH–, une des valences des ions carbonates CO32–2– (et éventuellement une des valences des ions phosphates PO43–3–). On le mesure par dosage par une solution titrée d'acide en présence de phénolphtaléine. Si le pH d'une eau est inférieure à 8,2, la phénolphtaléine est incolore et le TA est nul. Le TAC mesure l’ensemble des anions suivants : OH– , CO32– et HCO3– (éventuellement PO4 4 3– et HPO42– ainsi que HSiO3– pour certaines eaux naturelles). La mesure du TAC se fait par dosage par une solution titrée d'acide en présence d'hélianthine. Si le pH d'une eau est inférieure à 8,2, le TA est nul et le TAC mesure la concentration en ions bicarbonate HCO3–.hydrogénocarbonates alcalins et alcalino-terreux.
E.D.T.A La diéthylènetriamine (notée dien) et l’ion éthylènediaminetétraacétate (noté Y4) sont des composés azotés utilisés en analyse quantitative. Leurs formules respectives sont données ci-dessous. L' acide éthylène diamine tétraacétique, symbolisé par le sigle EDTA, donne, avec pratiquement tous les cations métalliques de valence deux, trois ou quatre, des chélates grâce notamment aux deux doublets non liants présents sur chacun des atomes d' azote de la molécule d' EDTA. On utilise souvent le sel disodique de l' EDTA, noté Na2YH2. H2Y2- + M2+
MY2- + 2H+
Cette propriété va permettre de doser de très nombreux cations. La stabilité du complexe formé entre le cation et l' EDTA sera fonction du pH du mileu. Le rôle des milieux tampons sera ainsi fortement mis en évidence, les réactions se faisant alors de façon convenable à un pH donné. Il est très commode, dans la pratique, d' employer des indicateurs colorés pour déceler le point d' équivalence. Souvent on utilise le NET, alias noir ériochrome T, qui est un colorant diazoïque
Détermination De TH Principe des dosages : TH = [Ca2+]+[Mg2+] avec [X] en meq.l-1 TH = 2.[Ca2+]+2.[Mg2+] avec [X] en mmol.l-
- Pour déterminer la concentration en ions calcium et en ions magnésium dans une eau minérale on utilise une réaction de complexation avec l’ion éthylènediaminetétraacétique (EDTA) que l’on note Y4-
Ca2+ (aq) + Y4-(aq) = [CaY]2- (aq) constante de stabilité K1 = 4,0 . 1010 pKd = 10.6 Mg2+(aq ) + Y4-(aq) = [MgY]2-(aq) constante de stabilité K2 = 5,0 .108
pKd
= 5.7
- L’EDTA est un tétraacide noté H4Y . Les pKa successifs sont les suivants : H4Y / H3Y-
pK1 =
2,1
H2Y2-/ HY3-
pK3 =
6,2
H3Y-/ H2Y2-
pK2 =
2,8
HY3-/ Y4-
pK4 =
10,3
La base Y4- est capable de donner un complexe hexacoordiné avec les cations métalliques (chélate). Dans la pratique, on utilise le sel disodique de l’EDTA Na2H2Y H2Y2-(aq) + Ca2+(aq)
=
[ CaY]2- (aq) + 2 H+(aq)
H2Y2-(aq) + Mg2+(aq )
=
[ MgY]2- (aq) + 2 H+(aq)
Le milieu doit être basique pour détruire les ions H+ formés et par suite déplacer l’équilibre vers la droite. On se placera à pH 10
- Les complexes formés sont incolores. On décèle la fin de la réaction par un indicateur de métal. Ces indicateurs sont des substances qui forment avec le cation à doser un complexe coloré , stable dans une zone de pH déterminée. Dans cette zone le complexe [EDTA – cation] ayant une stabilité plus grande que celle du complexe [indicateur – cation] , la réaction : [Indicateur-cation + EDTA]
= [EDTA-cation] + indicateur
Ne peut avoir lieu que dans le sens gauche droite ….. Ces réactifs sont : - Le noir ériochrome T, bleu à pH 10 le complexe coloré avec l’ion Mg2+ est rouge bordeaux.
Liste du matériel Éprouvette de 100 mL Burette Erlenmeyer pissette Burette de 25 mL + support Liste des produits NET Tampon ammoniacal à pH ~ 10 Solution d'EDTA à étalonner
Protocole •Mode opératoire : –Prélever 50 mL d’eau à analyser et les verser dans un erlenmeyer. Chauffer vers 60°C. –Ajouter 5 mL de tampon ammoniacal et un peu de NET. –Maintenir la température vers 60°C (pour des raisons de cinétique). Ajouter la solution d’EDTA à 0,050 mol.L-1-1 jusqu’à virage de l’indicateur du rouge vineux au bleu-vert. •En déduire la concentration totale (en calcium et en magnésium) en mol.L-1-1, puis la dureté totale TH en degré français. •Qualifier la dureté de cette eau. Contrôle de
RESULTAT
VIRAGE VERS LE BLEU LORSQUE ON VERSE V=14,8 ML
A l’équivalence, on a
C.Veau = C0 . VE
avec C0 : concentration molaire de l’EDTA et C : concentration totale en ions Ca2+ et Mg2+. En relevant le volume Ve d'EDTA versé pour obtenir l'équivalence (changement de couleur), il est possible de déduire la concentration C recherchée. On déduit ensuite la dureté de l'eau, sachant que 1°TH = 1mmol/L soit 104 mol/L. dureté de l'eau = C/10-4 en °TH Résultats: C.Veau = C0 . VE DONC 0.01eq/l*103*15ml 50ml C=2,96meq/l = 3 meq/l La durete en degree francais; 1meq/l→50F 3meq/l→x X=3*5=150F Conclusion : l’eau de robinet est douce 10F→10mg CaCO3/l 150F→x X=150mg/l
2 Mesure du TA Principe Les mesures sont réalisées en neutralisant un certain volume V0 d’eau par de l’acide sulfurique ou chlorhydrique de normalité Na, en présence de phénolphtaléine pour le TA et en présence d’hélianthine pour le TAC. Soit V’ le volume d’acide versé lors du virage de la phénolphtaléine, et soit V’’ le volume de ce même acide versé lors du virage de l’hélianthine. L’équivalence, pour une réaction acido-basique, est obtenue pour Na.Va = Nb.Vb soit ici : N1.V0 = Na.V’ et N2.V0 = Na.V’’ ,où N1 représente le TA et N2 le TAC en éq.L-1-1.
Dans un erlenmeyer contenant 50 ml de l'échantillon, ajouter 2 gouttes de phénolptaléine.
Si le pH < 8,3, la solution ne se colore pas en rose : le TA est = 0 Si le pH > 8,3, la solution est rose : le TA est déterminé par addition de liqueur alcalimétrique (solution d'acide sulfurique N/25), V (ml), nécessaire au virage de la phénolphtaléine
D'où : TA = V (ml) x 4°F
On trouve que la solution ne se colore pas en rose :
TA =0
2 /Mesure du TAC : Elle succède à celle du TA sur le même échantillon. Si le TA est non nul, ne pas réajuster la burette de liqueur alcalimétrique à zéro. Dans l'échantillon précèdent, ajouter 3 gouttes d'hélianthine.
Si le pH < 4,3, la solution est immédiatement rouge ou orangée : TAC = TA Si le pH > 4,3, la solution est jaune : le TAC est déterminé de la même manière que le TA
D'où : TAC = V(ml) X 4°F avec V(ml) volume total de titrant versé N2.V0 = Na.V’’ N2 le TAC en éq.L-1-1. V’’ le volume de HCL versé lors du virage de l’hélianthine. Le volume verse =7ml N2= Na.V’’ V0 N2=0.05eq/l*103*7ml 50ml N2= 7meq/l 1meq/l→50F 7meq/l→x
x=350F
La dureté permanente TAC-TH=35-15=200F DUSCUTION TAC›TH→EAU PAS DURE
La première définition de la dureté de l’eau était sa capacité de transformer le savon en un composé insoluble. Maintenant, la dureté de l’eau est calculée en mesurant la quantité d’ions calcium, magnésium, aluminium, fer, strontium, etc. présents dans l’eau, les deux premiers cations (Ca2+ et Mg2+) étant généralement les plus abondants. Comme le calcium est un des ions les plus abondants, il devient donc un bon indicateur de la dureté de l’eau. C’est pourquoi on exprime la dureté selon la quantité de trioxycarbonate de calcium (CaCO3, communément appelé le carbonate de calcium) présente dans une solution. Cette quantité est exprimée en mg/L ou en ppm.
