Etude qualitative d`une eau minérale

Thème 2 : Etude qualitative d'une eau minérale
Notion contenu
- Eaux Minérales
Compétences
- Ions contenus dans une eau minérale, comparaison des résultats expérimentaux observés
avec les valeurs données sur les étiquettes de quelques eaux minérales.
I.
Composition chimique d'une eau minérale
Activité.1 : Etiquettes d'eaux minérales
a)
A l'aide des indications portées sur leurs étiquettes (Voir fiche annexe), compléter le tableau suivant en indiquant la
composition minérale de chacune des eaux.
Concentration des ions en mg.L-1
Calcium
Ca2+
Magnésium
Mg2+
Sodium
Na+
Potassium
K+
Sulfate
SO4 2-
Hydrogénocarbonate
(ou bicarbonate)
HCO3 -
Chlorure
Cl-
Nitrate
NO3-
Evian
Volvic
Contrex
Vittel
Vichy
St-Yorre
b) Indiquer pour chacune des eaux minérales la masse de son résidu à sec, indiquée sur son étiquette.
Eau minérale
Evian
Volvic
Contrex
Vittel
Vichy St-Yorre
c)
Les eaux dont le résidu à sec dépasse 2 g.L
-1
Résidu à sec en mg
ne sont pas conseillées pour la consommation courante.
Quelles sont parmi les eaux du tableau précédent celles qui ne sont pas adaptées à une consommation courante ?
d)
Classer les différentes eaux minérales en eaux fortement, moyennement et faiblement minéralisées.
Eaux fortement minéralisées :
Eaux moyennement minéralisées :
Eaux faiblement minéralisées :
e)
On distingue plusieurs catégories d’eau selon les ions présents en plus grande quantité : Aquelle catégorie appartient chacune des eaux
étudiées précédemment ?
- Les eaux bicarbonatées calciques :
- Les eaux sulfatées bicarbonatées :
- Les eaux sodiques bicarbonatées :
- Les eaux sulfatées calciques :
Activité 2 : Tests ioniques
La présence de quelques ions dans une eau minérale peut être mise en évidence en réalisant des tests ioniques. Ces tests sont
basés sur l'utilisation de réactifs adaptés.
On rappelle dans le tableau qui suit les deux tests correspondant aux ions calcium Ca 2+ et ions sulfate SO42- :
Ion
Calcium Ca
Réactif
Observations
2+
Oxalate d'ammonium
Précipité blanc
2-
Chlorure de baryum
Précipité blanc
Sulfate SO4



Dans 5 tubes à essais, verser à l’aide d’ une pipette 5 mL de chaque eau minérale à étudier.
Verser 4 gouttes de solution du réactif adapté dans les tubes à essais.
Noter dans le tableau suivant la présence ou non de l’ion Ca2+ .
Noter d’un :
+ : (Ion présent) = : (Ion moyennement présent)
- : (Ion faiblement présent)
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Vichy St Yorre
Evian
Volvic
 Classer les eaux minérales, de celle qui contient le moins d’ions Ca2+
Contrex
Vittel
à celle qui en contient le plus.
 Réaliser les tests pour les ions sulfates SO42- et compléter le tableau suivant :
Vichy St Yorre
Evian
Volvic
Contrex
Vittel
 Classer les eaux minérales, de celle qui contient le moins d’ions SO42- à celle qui en contient le plus.
 Comparer l’ensemble de vos résultats aux indications des étiquettes des différentes eaux minérales.
II. Dureté d’une eau
Une eau contenant beaucoup d’ions magnésium Mg2+ et calcium Ca2+ est une eau « dure ».
1. Expérience.1 : Etude de l’action d’une eau savonneuse sur différentes eaux minérales Test à l’eau savonneuse :
Dans trois tubes à essais différents verser la moitié du tube à essai de différentes eaux (Volvic, Evian et Contrex) puis y ajouter 10 gouttes de
la liqueur de savon. Boucher l’extrémité de chaque tube avec un bouchon puis le retourner sans agiter afin d’homogénéiser le mélange.
Observations :
Complète le schéma ci-dessous, en indiquant l’importance du trouble (précipité) qui apparaît dans chaque tube :
Interprétations :

Plus les troubles sont importants plus les eaux sont dures, plus leur degré hydroti métrique français (°THF) ou (°F) est
important.

Les eaux dures peuvent aussi former des produits qui entartrent les canalisations et les installations de chauffage.

Les ions magnésium Mg2+ et calcium Ca2+ nuisent à l’action des savons et des lessives. Dans ces dernières un anticalcaire est ajouté, il
fixe les ions calcium et magnésium et évite ainsi la formation de précipités avec l es détergents.
2. Comparaison des duretés de trois eaux minérales
a) Compléter le tableau suivant :
Eaux minérales
Concentration en ions
Calcium Ca2+ (mg.L-1)
Volvic
Evian
Vittel
Contrex
b)
Concentration en ions
Magnésium Mg2+ (mg.L-1)
Concentration totale en ions
Calcium et magnésium (mg.L-1)
Indiquer si les résultats expéri mentaux sont en accord avec les indications des étiquettes .
c) Comparer le °THF de l’eau de Contrexéville par rapport aux °THF des trois eaux minérales ci-dessus (justifier le résultat par un calcul
simple)
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3. Degré hydrotimétrique français et dureté d’une eau :
L'eau est composée de nombreux éléments minéraux et organiques dont la richesse est fonction des sols qu'elle a traversé.
Quand l'eau contient une quantité significative de calcium (Ca) et de magnésium (Mg), on dit qu'elle est dure ou calcaire.
En réalité dans l'eau froide, il n'y a pas de calcaire mais du calcium et du magnésium, c'est à dire deux bons sels minéraux et ce n'est qu'en
chauffant l'eau que ces minéraux calcium et magnésium se transforment en carbonate de calcium et carbonate de magnésium appelés
communément calcaire ou tartre.
Ainsi, la dureté de l'eau dépend principalement de la concentration des ions de calcium (Ca2+) et des ions de magnésium (Mg2+). Les ions du
fer, de l'aluminium et du manganèse moins concentrés n'interviennent que modérément dans la dureté de l’eau.
L'unité utilisée pour exprimer la dureté de l'eau est le degré hydrotimétrique français (°F) ou le Titre
Hydrotimétrique (°THF) qui correspond à la dureté d'une solution contenant 10 mg/L de carbonate de calcium (CaCO3).
Un °F équivaut à 4 mg de calcium par litre et à 2,4 mg de magnésium par litre.
Le TH est inférieur à 10°F, l'eau est très douce et à tendance naturelle corrosive. De 10 à 20°F l’eau est douce. Dans ces 2 cas il ne faut surtout
rien faire qui réduirait le TH. La limite inférieure du degré hydrotimétrique pour les
eaux destinées à la consommation humaine et n'ayant pas subi de traitement thermique est fixée à 15°F. Un peu de tartre
protège les canalisations et évite le risque de corrosion qui dissout les métaux des canalisations tels que le fer ou le plomb nocif pour notre
organisme.
De 20 à 30°F, l'eau est réputée moyennement dure. Le ministère de la santé qualifie d'idéal un TH compris entre 15° et 25°F pour l'eau de
consommation.
De 30 à 40°F, l'eau est définie dure et très dure au-delà de 40°F, l'usage d'un adoucisseur doit être envisagé. Le tartre est responsable de
surcoûts (énergie, lessives, détartrants) et de dégradations importantes au niveau des cumulus, chaudières et robinetteries.
IV. pH d’une solution aqueuse
1. Signification du pH d’une solution
Le pH d’une solution permet de caractériser son acidité due à la présence plus ou moins importante des ions H 3O+.
14.

Pour un pH < 7 : la solution est acide

Pour un pH = 7 : la solution est neutre

Pour un pH > 7 : la solution est basique
La valeur du pH varie de 0 à
2. pH d’une eau minérale :

Relever la valeur du pH sur les différentes étiquettes des eaux étudiées précédemment et compléter le tableau suivant :
Eaux minérales
pH (Papier pH)
pH (pHmètre)
pH (étiquette)
Evian
Volvic
Contrex
Vittel
Vichy St Yorre

Classer ces différentes eaux en :
– Eau neutre :
– Eau légèrement acide :
– Eau légèrement basique :
3. Mesure de la valeur du pH :
3.1. Papier indicateur universel (ou papier pH) :
Le papier pH permet d’avoir un ordre de grandeur de la valeur du pH. On dépose une goutte de la solution à l’aide d’un agitateur en verre sur un petit
morceau de papier pH, suivant la couleur prise par le papier, et par comparaison sur l’échelle de teinte, on déduit une valeur approchée (à l’unité
près) du pH.
3.2. Le pH-mètre : expérience au bureau
Pour déterminer la valeur du pH avec plus de précision il suffit d’utiliser un pH-mètre muni de son électrode.
Celui-ci doit être préalablement être étalonné avec des solutions de pH parfaitement connu appelées solutions tampons.
Déterminons la valeur du pH des différentes eaux rencontrées précédemment à l’aide d’un pH-mètre, et complétons le tableau.
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