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23 septembre 2008 [LE TAC]V0.0 LE TAC (Titre Alcalimétrique Complet) 1. Définition 2. 3. L'alcalinité de l'eau est une mesure de la capacité de l'eau à absorber des protons H + pour arriver à un état de référence. 4. 5. Dans les activités se rapportant au traitement des eaux, il est fait appel à des échelles spécifiques pour exprimer les concentrations en ions carbonates et en ions hydrogénocarbonates , les “ titres alcalimétriques ” : 6. o Titre alcalimétrique (noté T.A.) d'une eau : “ c’est le volume d'acide, de concentration molaire en ions H + égale à 0,02 mol.L -1 , nécessaire pour doser 100mL d’eau en présence de phénolphtaléine ” o Titre alcalimétrique complet (T.A.C.) : “ c’est le volume d'acide, de concentration molaire en ions H + égale à 0,02 mol.L -1 , nécessaire pour doser 100mL d’eau en présence de vert de bromocrésol rhodamine (BCR) ” Il ne faut pas confondre alcalinité et pH : l'alcalinité est une mesure de la capacité à absorber des protons. Le pH lui est une mesure de l’intensité. Une eau alcaline n’est donc pas forcément une eau basique bien que l’alcalinité joue en faveur de la basicité.

TAC - Titre Alcalimétrique Complet

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LE TAC(Titre Alcalimétrique Complet)

Définition 

L'alcalinité de l'eau est une mesure de la capacité de l'eau à absorber des protons H+ pour arriver à un état de référence.

Dans les activités se rapportant au traitement des eaux, il est fait appel à des échelles spécifiques pour exprimer les concentrations en ions carbonates et en ions hydrogénocarbonates, les “ titres alcalimétriques ” :

o Titre alcalimétrique (noté T.A.) d'une eau : “ c’est le volume d'acide, de concentration molaire en ions H+ égale à 0,02 mol.L-1, nécessaire pour doser 100mL d’eau en présence de phénolphtaléine ”

o Titre alcalimétrique complet (T.A.C.) : “ c’est le volume d'acide, de concentration molaire en ions H+ égale à 0,02 mol.L-1, nécessaire pour doser 100mL d’eau en présence de vert de bromocrésol rhodamine (BCR) ”

Il ne faut pas confondre alcalinité et pH : l'alcalinité est une mesure de la capacité à absorber des protons. Le pH lui est une mesure de l’intensité. Une eau alcaline n’est donc pas forcément une eau basique bien que l’alcalinité joue en faveur de la basicité.

Diagramme de distribution, en fonction du pH, des différentes espèces chimiques des deux couples acide/base : CO2, H2O /HCO3

- et HCO3- /CO3

2-

Le TA et le TAC sont respectivement les mesures de la teneur en ions hydrogénocarbonates (HCO3−¿ ¿

et carbonates (CO32−¿¿) dans une eau.

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L’alcalinité d’une eau : la chimie

En fonction du pH on aura des concentrations de certaines de ces espèces qui pourront être négligées.

Pour une solution très diluée on montre que pour pH > 8,3 on peut négliger la concentration en CO2 devant les autres concentrations.

De même en dessous de pH = 4,5 les ions hydrogénocarbonates et carbonates ont pratiquement disparu au profit du CO2 dissous.

Si l'on définit comme état désiré : HCO3- et CO3

2- en quantité négligeable devant CO2, l'alcalinité sera la quantité de protons nécessaires pour amener l'eau à un pH tel que cette condition soit réalisée. La quantité de protons sera exprimée dans une grandeur plus accessible : quantité d'acide fort à une dilution donnée (N/25 dans la pratique de chantier ou N/50). Pour exprimer cette quantité on envisage un bilan des protons pour arriver à cet état de référence :

Pour amener un ion CO32- à l'état CO2 il lui faut : "2 protons H+" soit pour l'eau considérée une

quantité de H+ en mol.L-1 équivalent à 2 ׿.

Pour amener un ion HCO3- à l'état CO2 il lui faut : "1 proton" soit pour l'eau considérée une

quantité de H+ en mol.L-1 : 1 ׿.

Mais pour neutraliser HCO3- et CO3

2-, il faut aussi neutraliser OH- (en effet le pH désiré est de 4.5 il faut donc neutraliser les ions HO- pour arriver à une eau acide). L’équation du TAC s’exprime donc par :

TAC=2 [CO32-] + [HCO3

-] + [OH-]

Pour le TA l'état de référence est la prédominance des hydrogénocarbonates. On peut montrer (ou voir en pratique ou encore calculer), que cette neutralisation se traduit lors de l'ajout d'un acide, par une brusque variation de pH. A priori cette valeur du pH est fonction de la concentration totale initiale en espèces carbonatées.

Pour des valeurs de l'ordre de la dizaine mmol.L-1 au maximum, le pH de neutralisation est de l'ordre de 4,5 pour le TAC et de 8.3 pour le TA.

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Les différents couples acides bases des ions hydrogénocarbonates et carbonates sont :

- pKa1 = (CO2, H2O /HCO3−¿ ¿

) = 6.4

- pKa2 = (HCO3−¿ ¿

/CO32−¿¿) = 10.3

La conversion du CO2 dissous dans une eau :

H 2 CO3 ou CO2, H 2O ↔ HCO3−¿+H +¿¿ ¿

HCO3−¿ ↔CO3

2−¿+H +¿¿¿ ¿

Les équations des constantes d’acidification en fonction du pH :

Pour Ka1 :

Ka1=¿¿

−log Ka1=−log¿¿¿¿

pKa1=pH−log ¿¿¿

De même pour Ka2 nous avons :

Ka2=¿¿

−log Ka2=−log¿¿¿¿

pKa2=pH−log ¿¿¿

Pour déterminer la quantité d’ions hydrogénocarbonates ou carbonates contenus dans une eau minérale, on définit respectivement le titre alcalimétrique (T.A.) et le titre alcalimétrique complet (T.A.C.) :

Comme il l’a été écrit plus haut :

- Le T.A. d’une eau est défini comme le volume d’acide fort, de concentration égale à0,020 mol/L, nécessaire pour doser 100 cm3 de cette eau en présence de phénolphtaléine.

- Le T.A.C. d’une eau est défini comme le volume d’acide fort, de concentration égale à0,02 mol/L, nécessaire pour doser 100 cm3 de cette eau en présence de vert de bromocrésol.

Zone de virage des indicateurs colorés

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Sur le graphique du début nous pouvions constater qu’une eau dont le pH est supérieur à 8.2 contient des ions carbonates et une eau dont le pH est inférieur à 8.2 ne contient pratiquement pas d’ions carbonates.

Expliquons cela   :

D’après les équations des pK en fonction des pH nous avons pour les ions carbonates :

pKa2=pH−log ¿¿¿

Avec pKa2 = 10.3

Les pK indique la valeur de pH pour que les deux ions en équation soit de concentrations identiques.

Ce qui veut dire que pour un pH supérieur à 10.3 nous avons :

pKa2+ log ¿¿¿

10.3+ log¿¿¿

log ¿¿¿

log ¿¿¿

log ¿¿¿

¿¿

CO32−¿¿est majoritaire par rapport à HCO3

−¿ ¿pour un pH supérieur à 10.3

Que ce passe t’il si le pH est < 8.3 ?

pKa2+ log ¿¿¿

Si pH < 8.3  pKa2+ log ¿¿¿

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log ¿¿¿

log ¿¿¿

log ¿¿¿

¿¿

¿

Conclusion : la concentration en ion carbonates est devenue négligeable devant la concentration en ions hydrogénocarbonates.

Dosages d’une eau

Il n'est pas facile de faire distinguer l'alcalinité d'une eau et le pH ; trop souvent ces deux termes sont confondus : et l'on peut voir écrit eau alcaline=eau basique. En fait ces deux notions sont très différentes bien que liées.

En effet comme nous le montre les équations vu plus haut la concentration des ions hydrogénocarbonates et carbonates sont dépendantes du pH mais ces concentrations ne varient pas linéairement en fonction du pH.

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Voici 100mL d’une eau de chaudière dosée avec de l’acide chlorhydrique :

pH en ordonnées-volume d'acide ajouté en abscisse

Nous pouvons remarquer qu’il y a 2 saut de pH pour un ajout faible de HCl (BC et DE).

Gardons cette eau en mémoire…

Comparons les courbes obtenues dans le cas de deux dosages effectués sur un échantillon de 100 ml avec une solution d'acide chlorhydrique N/25 (0,04 mmol.L-1) pour des solutions de carbonates et de soude à la même concentration ; le volume d'acide ajouté est porté en abscisse en mL.:

- Dosage d’une eau déminéralisé + NaOH (soude à 3 mmol.L-1) à l’aide de l’acide chlorhydrique (0.04 mmol.L-1 ou N/25)

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- Dosage d’une eau déminéralisé contenant du carbonate de sodium (Na2CO3à 3 mmol/L)

Les deux sauts de pH vu sur la graphique du dosage de l’eau de chaudière est sensiblement le même que celui de l’eau déminéralisée avec Na2CO3 Avec des sauts de pH aux mêmes valeurs (10.3 et 6.4) qui correspondent aux pK des ions hydrogénocarbonates et carbonates. En effet :

Na2CO3↔ 2 Na+¿+CO32−¿↔ HCO3

−¿+H2

CO3(CO

2dissous) ¿

¿ ¿

Pour pouvoir atteindre le pH de 3 il faudra presque le double d'acide (1,8 fois).

Les eaux ont donc le même pH mais par contre l'eau nº2 peut absorber une quantité d'acide 1.8 fois supérieure...

On dira que l'eau nº2 est beaucoup plus alcaline que l'eau nº1.

On dira aussi que cette eau possède un pouvoir tampon plus important que l'eau nº1.

Dans le cas de l'eau nº2 cela est dû à la présence des carbonates et de leur transformation en hydrogénocarbonates puis en CO2 libre.

«Les notions de CO2 équilibrant et agressif sont des concepts dérivés de l'industrie de distribution de l'eau :- le CO2 libre équilibrant est la fraction de CO2 dissous (non combiné en HCO3- ou CO3

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--) juste nécessaire pour qu'iln'y ait ni dissolution ni précipitation de carbonate de calcium (équilibre).- le CO2 libre agressif est la fraction de CO2 dissous présente dans l'eau en excès par rapport au CO2 équilibrantet qui confère à l'eau son caractère agressif (risques de corrosion).»

Sources :h