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Mesure de la dureté d'une eau Problème

Difficulté
15-20 MIN

La dureté d'une eau ou titre hydrotimétrique permet d'évaluer la minéralisation des eaux minérales. En France, la dureté, notée d, s'exprime en degrés français, notés °f, et est définie par la somme des concentrations en ions magnésium et en ions calcium exprimées en mol.L−1 :

\(\displaystyle{d = \left( \left[\ce{Ca^{2+}}\right] + \left[\ce{Mg^{2+}}\right] \right) \times 10^{4}}\)

La nature d'une eau dépend de la valeur de sa dureté :

Dureté de l'eau0 à 77 à 1515 à 3030 à 40+ de 40
Nature de l'eauTrès douceDoucePlutôt douceDureTrès Dure

Plus une eau est dure, plus sa concentration en minéraux est grande et moins les espèces aux propriétés détergentes seront efficaces.

Pour contrôler la dureté d'une eau, on effectue un dosage dit compléxométrique grâce à une espèce titrante appelée EDTA. Les ions calcium et magnésium vont réagir avec l'EDTA, de formule \(\displaystyle{\ce{HY^{3-}}}\), en présence d'une solution tampon de pH 10 selon les réactions suivantes :

  • \(\displaystyle{\ce{Ca^{2+} + HY^{3-} -> CaY^{2-} + H+}}\)
  • \(\displaystyle{\ce{Mg^{2+} + HY^{3-} -> MgY^{2-} + H+}}\)
1

L'EDTA est une espèce acido-basique qui possède cinq formes différentes donc quatre pKa différents. La forme la plus acide est notée \(\displaystyle{\ce{H4Y}}\) tandis que la forme la plus basique est notée \(\displaystyle{\ce{Y^{4-}}}\).

Tracer le diagramme de prédominance de l'EDTA.

Données : Les différentes valeurs de pKa de l'EDTA sont 2,0, 2,7, 6,4, et 10,2.

a

L'EDTA est une espèce acido-basique qui possède cinq formes différentes donc quatre pKa différents. La forme la plus acide est notée \(\displaystyle{\ce{H4Y}}\) tandis que la forme la plus basique est notée \(\displaystyle{\ce{Y^{4-}}}\).

Tracer le diagramme de prédominance de l'EDTA.

Données : Les différentes valeurs de pKa de l'EDTA sont 2,0, 2,7, 6,4, et 10,2.

b

Quel est le rôle de la solution tampon ?

2

On souhaite contrôler la dureté d'une eau minérale contenant des concentrations inconnues en ions magnésium \(\displaystyle{\left[\ce{Mg^{2+}}\right]_0}\) et calcium \(\displaystyle{\left[\ce{Ca^{2+}}\right]_0}\).

Pour cela, on prélève un volume \(\displaystyle{V_0 = 20}\) mL de cette eau que l'on va doser par une solution titrante d'EDTA de concentration \(\displaystyle{C_0 = 1,20.10^{-3}}\) mol.L−1.

Au début du dosage, on rajoute un peu de NET (Noir Ériochrome T) à l'eau titrée qui prend une coloration rose. À la fin du dosage, la solution est devenue bleue.

Le volume équivalent Véq mesuré vaut 16,0 mL.

Déterminer la dureté d de l'eau dosée.

3

En déduire la nature de cette eau minérale.