ALCALINITÉ DE L'EAU: QU'EST-CE QUE C'EST, DÉTERMINATION ET IMPORTANCE - CHIMIE - 2025

L' alcalinité de l'eau est sa résistance à un changement de pH dû à l'ajout de substances acides ou de liquides. Cette caractéristique est souvent confondue avec la basicité. L'ajout de CO ₂, par exemple, peut entraîner une diminution du pH (basicité) sans modifier l'alcalinité.

Dans l'eau douce, l'alcalinité est principalement due à l'apport de composés tels que le carbonate (CO ₃ ^2-), le bicarbonate (HCO ₃ ^-) et l'hydroxyle (OH ^-). Dans l'eau de mer, il faut ajouter l'apport d'hydroxyde de bore (BOH ^4-), de silicates (SiO ₄ ^2-) et de phosphates (PO ₄ ^3- et HPO ₄ ^2-).

Les eaux souterraines, un exemple d'eau hautement alcaline. Source: Max Pixel.

L'alcalinité de l'eau est généralement exprimée en mEq / L, correspondant à la quantité d'acide utilisée dans son titrage: chlorhydrique ou sulfurique. Il est également généralement exprimé en mg de CaCO ₃ / L, ou partie par million (ppm), même si d'autres sels sont présents.

Cette caractéristique de l'eau est généralement associée à sa dureté, car les carbonates de calcium et de magnésium contribuent à l'alcalinité. Alors que le calcium et le magnésium, c'est-à-dire leurs cations métalliques respectivement Ca ²⁺ et Mg ²⁺, sont les éléments responsables de la dureté de l'eau.

Quelle est l'alcalinité de l'eau?

C'est la capacité de l'eau à neutraliser les substances acides qui peuvent s'y incorporer, évitant ainsi une diminution de son pH. Cette action tampon est due à la présence d'acides faibles et de leurs bases conjuguées.

Les bases peuvent réagir avec les acides pour devenir électriquement neutres, c'est-à-dire des espèces non chargées.

HCO ₃ ^- + H ⁺ <=> CO ₂ + H ₂ O

Le bicarbonate (équation chimique ci-dessus) réagit avec l'ion hydrogène pour devenir du dioxyde de carbone, un composé non chargé. Une mole de HCO ₃ ^- représente un équivalent molaire. Pendant ce temps, le carbonate (CO ₃ ^2-) représente deux équivalents molaires.

Eaux souterraines

Les eaux souterraines transportent les composés des pluies acides, y compris l'acide sulfurique. La présence de dioxyde de carbone de l'atmosphère qui se dissout dans l'eau peut également former de l'acide carbonique.

Les acides agissent sur les roches calcaires, riches en carbonates de calcium et de magnésium, provoquant leur dissolution. Cela provoque l'accumulation de carbonate et de bicarbonate dans l'eau, qui sont principalement responsables de son alcalinité.

2 CaCO ₃ + H ₂ SO ₄ → 2 Ca ²⁺ + 2HCO ₃ ^- + SO ₄ ^2-

L'ajout d'un acide (ci-dessus) provoque une augmentation de l'alcalinité tant que plus de bicarbonate est produit que l'hydrogène restant de la réaction précédente.

Lorsque les eaux souterraines alcalines entrent en contact avec l'atmosphère, elles perdent du dioxyde de carbone et des précipités de carbonate, ce qui abaisse l'alcalinité. Un équilibre dynamique s'établit alors entre l'atmosphère, l'eau et les minéraux carbonés.

Dans les conditions qui existent dans les eaux de surface, la contribution du carbonate à l'alcalinité diminue et le bicarbonate en devient le contributeur maximal.

Eau de mer

En plus des ions carbonate, bicarbonate et hydroxyle et hydrogène, d'autres composés contribuent à l'alcalinité de l'eau. Ceux-ci comprennent les borates, les phosphates, les silicates, les bases conjuguées d'acides organiques et les sulfates.

Des processus anaérobies tels que la dinitrification et la réduction des sulfates se produisent dans l'océan et la mer, qui contribuent à 60% de l'alcalinité de l'eau. Ces procédés consomment de l'hydrogène, provoquant ainsi une augmentation du pH, en plus de générer du N ₂ et du H ₂ S.

En général, les processus anaérobies provoquent une augmentation de l'alcalinité. Au contraire, les processus aérobies en produisent une diminution. Dans les eaux de surface, en présence d'oxygène, il y a un processus de dégradation de la matière organique transportée par l'eau.

En se dégradant, H ⁺ est produit, qui est transporté dans l'eau, produisant une diminution de l'alcalinité.

La pollution de l'environnement entraîne, entre autres conséquences, la fonte de la calotte polaire, qui se traduit par une augmentation du volume d'eau de mer. Cela provoque une dilution des composés responsables de l'alcalinité de l'eau de mer, et donc sa diminution.

Unités

L'alcalinité de l'eau est généralement exprimée en mg CaCO ₃ / L, bien que le carbonate de calcium ne soit pas le seul composé présent, ni le seul contribuant à l'alcalinité de l'eau. Le mg / L de carbonate peut être converti en mEq / L en divisant par 50 (poids équivalent approximatif de CaCO ₃).

Détermination

Il est déterminé en titrant les bases présentes dans l'eau avec un acide fort. Les acides les plus utilisés sont 0,1 N chlorhydrique et 0,02 N sulfurique.

50 mL d'eau à titrer sont mesurés dans une fiole jaugée, en plaçant ce volume d'eau dans une fiole Erlenmeyer de 250 mL. Un mélange d'indicateurs est souvent utilisé, généralement la phénolphtaléine et le méthylorange. L'acide est placé dans une burette et est versé goutte à goutte dans l'eau en cours de titrage.

Si l'alcalinité de l'eau est supérieure à 9,6 au début du titrage avec l'acide, une variation de coloration attribuable à la phénolphtaléine ne sera pas observée. Ensuite, lorsque le pH diminue entre 9,6 et 8,0, on observera l'apparition d'une couleur groseille, qui disparaît lorsque le pH chute de 8,0 lors du titrage.

Les étapes du diplôme

Au cours de la première étape, le carbonate est titré, une réaction décrite dans l'équation suivante:

CO ₃ ^2- + H ₃ O ⁺ <=> HCO ₃ ^- + H ₂ O

Au fur et à mesure que l'acide continue à être ajouté pendant le titrage, la couleur de la solution titrée vire à l'orange en raison du changement que subit le méthylorange, indiquant que les formes carbonates et les autres bases ont été totalement consommées.

Au stade final, seul l'acide carbonique reste:

HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺ <=> H ₂ CO ₃ + H ₂ O

Cela se produit à un pH de 4,3 à 4,5, appelé point d'équivalence CO ₂. C'est le composé existant et l'alcalinité de l'eau devient "zéro". Si l'eau est chauffée, il y aura des bulles de CO _{2 à} partir de la décomposition de H ₂ CO ₃.

Le volume d'acide nécessaire pour atteindre le point d'équivalence pour le CO ₂ est une mesure de l'alcalinité totale de l'eau.

Importance

L'existence de l'alcalinité de l'eau est un mécanisme de protection de l'environnement pour limiter les dommages pouvant être causés à la flore et à la faune aquatiques, par l'afflux d'eaux usées ou de pluies acides susceptibles de modifier le pH de leur lieu de résidence.

Les récifs coralliens sont gravement endommagés par une augmentation de l'acidité de l'eau de mer. L'alcalinité de l'eau limite l'ampleur de cette action néfaste, neutralisant l'excès d'acidité et permettant le maintien d'un pH compatible avec la vie.

Il a été estimé que l'alcalinité de l'eau doit avoir une valeur minimale de 20 mg en CaCO ₃ / L, une limite pour garantir le maintien de la vie aquatique.

La connaissance de la valeur de l'alcalinité de l'eau peut guider sur la quantité de carbonate de sodium ou de potassium et de chaux nécessaire à la précipitation du calcium sous forme de carbonate lorsque la dureté de l'eau est réduite.

Références

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