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Enseignement de Spécialité de Terminale S  Thème 1 : l'eau Domaines d'étude : Eau et ressource Mots-clés : Traitement des eaux ; production d'eau potable. 1ère partie : DOCUMENT ELEVE L'eau, trop minérale ? 427926572390Document 1 : Les conséquences de la dureté de l'eau. Une eau alimentaire ne doit pas être trop douce car l'Homme a besoin de calcium et de magnésium pour son métabolisme et la constitution de ses os. De plus une eau trop douce attaque les canalisations, et certains métaux toxiques comme le plomb ou le cuivre peuvent se retrouver dans l'eau sous forme d'ions. Figure 1 : Résistance de lave linge recouverte de tartre. Une eau dure conduit à la formation d'un dépôt de tarte (carbonate de calcium ou de magnésium solides) dans les conduites d'eau, la robinetterie et sur les résistances chauffantes des appareils comme le lave linge. Ces dernières consomment alors plus d'énergie et ont une durée de vie moindre. La dureté de l'eau conduit également à une utilisation supérieure de détergents et de savon, moins efficaces dans les eaux dures. Source : d'après http://www.lerepairedessciences.fr/ Document 2 : Plages de titre hydrotimétrique TH (°f) 0 à 7 7 à 15 15 à 25 25 à 42 >42 Eau Très douce Douce Moyennement dure Dure Très dure -11430151765 Document 3 : La carte de France de la dureté de l'eau du robinet. Une grande hétérogénéité caractérise la dureté de l'eau sur le territoire français. Cette diversité est liée à la nature des sous-sols Figure SEQ Figure \* ARABIC 2 : d'après wikipédia Définition : La dureté, ou titre hydrotimétrique (TH), d'une eau correspond à la somme des concentrations en ions calcium et magnésium. Il se mesure en « degré français « (°f) On peut déterminer cette grandeur à l'aide de la relation suivante : TH °f=Ca2++Mg2+10-4 Avec Ca2+ et Mg2+ exprimés en mol.L-1 Les eaux souterraines, issues de roches sédimentaires (calcaires), sont dures. Les eaux souterraines issues de terrains siliceux (granite, grès) sont douces. Les eaux de surfaces, qui n'ont pas le temps de se charger en ions sont douces. center438785Détermination de la dureté de l'eau de Contrex® DOCUMENT PROF : La dureté de l'eau : explications et traitement. Problématique Document 1 : Les conséquences de la dureté de l'eau. Figure SEQ Figure \* ARABIC 1 : Résistance de lave linge recouverte de tartre. 429514069215 Une eau alimentaire ne doit pas être trop douce car l'Homme a besoin de calcium et de magnésium pour son métabolisme et la constitution de ses os. De plus une eau trop douce attaque les canalisations, et certains métaux toxiques comme le plomb ou le cuivre peuvent se retrouver dans l'eau sous forme d'ions. Une eau dure conduit à la formation d'un dépôt de tarte (carbonate de calcium ou de magnésium solides) dans les conduites d'eau, la robinetterie et sur les résistances chauffantes des appareils comme le lave linge. Ces dernières consomment alors plus d'énergie et ont une durée de vie moindre. La dureté de l'eau conduit également à une utilisation supérieure de détergents et de savon, moins efficaces dans les eaux dures. Source : d'après http://www.lerepairedessciences.fr/ Document 2 : Plages de titre hydrotimétrique TH (°f) 0 à 7 7 à 15 15 à 25 25 à 42 >42 Eau Très douce Douce Moyennement dure Dure Très dure Figure 2 : d'après wikipédia -2222529210 Document 3 : La carte de France de la dureté de l'eau du robinet. Une grande hétérogénéité caractérise la dureté de l'eau sur le territoire français. Cette diversité est liée à la nature des sous-sols Définition : La dureté, ou titre hydrotimétrique (TH), d'une eau correspond à la somme des concentrations en ions calcium et magnésium. Il se mesure en « degré français « (°f) On peut déterminer cette grandeur à l'aide de la relation suivante : TH °f=Ca2++Mg2+10-4 Avec Ca2+ et Mg2+ exprimés en mol.L-1 Les eaux souterraines, issues de roches sédimentaires (calcaires), sont dures. Les eaux souterraines issues de terrains siliceux (granite, grès) sont douces. Les eaux de surfaces, qui n'ont pas le temps de se charger en ions sont douces. Détermination de la dureté de l'eau de Contrex® Les informations de l'étiquette sont incomplètes. Il faut avoir recours à une autre méthode pour déterminer la dureté de l'eau de Contrex® et retrouver Cm(Ca2+). Détermination expérimentale de la dureté d'une eau minérale. Equation du dosage L'E.D.T.A. (ion éthylènediamminetétraacétate) est une espèce chimique qui peut se lier aux ions calcium et magnésium. L'édifice formé est appelé un ion complexe, présent dans l'équation ci-dessus. Pour simplifier l'écriture, on utilise la notation suivante : L'E.D.T.A. se note Y4-. L'équation précédente devient : Ca2+(aq)+Y4-(aq)->CaY2-(aq) Mg2+(aq)+Y4-(aq)->MgY2-(aq) Les ions complexes CaY2- et MgY2- formés lors des réactions précédentes sont incolores, tout comme les ions Ca2+ et Mg2+. La fin du dosage sera alors déterminée par un indicateur de fin de réaction, le noir d'ériochrome T (N.E.T.) Mise en évidence du rôle de l'indicateur de fin de réaction Introduire 2 mL de solution tampon pH=10 dans trois tubes à essais numérotés 1, 2 et 3. Ajouter quelques gouttes de N.E.T. dans chaque tube. (on doit bien voir la coloration) Le tube 1 sera le tube témoin de la couleur du N.E.T. « libre « Dans les tubes 2 et 3, ajouter 1 mL de la solution du sulfate de magnésium de concentration 1.10-2 mol.L-1. Le tube 2 sera conservé comme témoin de la couleur MgN.E.T.2+(aq). Dans le tube 3, ajouter l'E.D.T.A. goutte à goutte jusqu'à observer un changement de couleur. Au cours du dosage, on aura donc différentes étapes : 1ère étape Complexation des ions calcium et magnésium avec le N.E.T. (coloration rose de la solution) 2ème étape L'ajout de la solution d'E.D.T.A. déplace l'équilibre précédent et libère les ions calcium et magnésium qui vont réagir avec l'E.D.T.A. pour former les complexes CaY2-(aq) et MgY2-(aq). Ces complexes étant incolores, la solution reste rose jusqu'à ce qu'il reste des ions calcium et magnésium complexés avec le N.E.T. 3ème étape L'E.D.T.A. est introduit en proportion stoechiométrique, tous les ions magnésium et calcium ont réagi avec l'E.D.T.A et le N.E.T. retrouve sa forme libre. La solution devient bleue. Rôle du pH La couleur de la forme libre du N.E.T. dépend du pH 0 6,4 11,5 14 ROUGE BLEU ORANGE Protocole Solution d'E.D.T.A à C1=1,00.10-2mol.L-1 1) Eau de Contrex VPE=10,0 mL 2) Environ 10mL de tampon ammoniacal (pH=9-10) 3) Qq gouttes de la solution de N.E.T. (pour une coloration franche) On effectue deux dosages, le premier rapide permet d'avoir une valeur approximative du volume équivalent Véq1. Le deuxième permet d'obtenir une valeur du volume équivalent à la goutte près Véq2 (goutte à goutte depuis Véq1-2 mL) Exploitation du dosage A l'équivalence, on a n(Ca2+)initial+n(Mg2+)initial=n(Y4-)versé Donc Cminéraux= n(minéraux)VPE=n(Ca2+)initial+n(Mg2+)initialVPE=C1×Veq2VPE D'où TH°f=Cminéraux10-4=C1×Veq2VPE×10-4= Les valeurs indiquées sur l'étiquette nous donnent : TH?147°f Cette eau étant très dure, il faut l'adoucir. Figure SEQ Figure \* ARABIC 3 : carafe filtrante © Brita 4574540325755Utilisation d'une carafe filtrante et vérification de son efficacité Les carafes filtrantes du commerce contiennent une cartouche composée de : Charbon actif à base de fibres de noix de coco. Le charbon actif est généralement imprégné d'iodure d'argent. Le charbon actif piège le chlore, les bactéries, les molécules organiques et les pesticides. Des billes de résine échangeuse d'ions. Deux qualités aux actions complémentaires sont utilisées. Les résines anioniques éliminent les anions (nitrates, sulfates, et phosphates) Les résines cationiques éliminent les cations (calcium, magnésium, fer et métaux lourds) Après filtration, l'eau issue de la carafe est débarrassée d'une partie de ses ions au profit d'autres ions. (Calcium et magnésium remplacés par des ions sodium) Vérification expérimentale. On filtre à l'aide de la carafe de l'eau de Contrex® et on détermine à l'aide de la méthode précédente la dureté totale de l'eau. DOSAGE DE L'EAU FILTREE Comparaison des résultats et mesure de l'efficacité de la carafe. On peut définir l'efficacité en % (ou le pourcentage d'ions calcium et magnésium éliminés) de la carafe par le rapport CminérauxContrex filtrée CminérauxContrex×100 Pour les plus rapides... La dureté de l'eau de Contrex® non filtrée permet de compléter l'étiquette de la situation initiale. Il faut déterminer Cm(Ca2+). On a Ca2++Mg2+=TH°f×10-4 CmCa2+MCa+CmMg2+MMg=TH°f×10-4 CmCa2+=M(Ca)×TH°f×10-4-CmMg2+MMg Avec MCa=40,1 g.mol-1 MMg=24,3 g.mol-1 CmMg2+=74,5 mg.L-1=74,5.10-3g.L-1