A La concentration ionique

La concentration massique C_m d'une espèce chimique en solution est la masse de l'espèce chimique par litre de solution. C'est le rapport de la masse de l'espèce chimique par le volume de solution. Elle s'exprime en kilogramme par litre kg.L^–1.

La concentration molaire C d'une espèce chimique en solution est la quantité de matière de l'espèce chimique contenue par litre de solution. C'est le rapport de la quantité de matière de l'espèce chimique par le volume de solution. Elle s'exprime en mole par litre mol.L^–1.

Les eaux de consommation n'ont pas toute la même composition ionique : pour s'imprégner de minéraux et se charger parfois en gaz carbonique (dioxyde de carbone), elles doivent séjourner de nombreuses années dans le sous-sol. Les substances minérales sont importantes pour l'organisme humain, mais il ne peut les produire lui-même et doit donc les rechercher dans la nourriture.

Les compositions moyennes des eaux minérales sont données par leur concentration massique en milligramme par litre dans le tableau suivant.

B Les critères physico-chimiques de potabilité de l'eau

Ils sont définis par l'arrêté du 11 janvier 2007 du ministère de la Santé relatif aux limites et références de qualité des eaux brutes et des eaux destinées à la consommation humaine mentionnées aux articles R. 1321-2, R. 1321-3, R. 1321-7 et R. 1321-38 du Code de la santé publique.

Les valeurs sont indiquées en annexe du document et on trouve les valeurs limites ou les encadrements pour les concentrations des espèces ioniques, des polluants, du pH, de la turbidité, etc.

C L'équivalence d'un dosage par titrage

Il est important de connaître la concentration d'espèces chimiques dans différents milieux : dans le domaine médical, dans l'alimentation. On réalise pour cela un dosage qui peut utiliser une réaction chimique : on titre alors l'espèce chimique.

Si on considère la réaction a A + b B → c C + d D, où a, b, c et d sont les coefficients stœchiométriques et A, B, C et D sont les espèces chimiques, les réactifs A et B sont à apporter selon leurs proportions stœchiométriques si $\frac{{\text{n}}_{\text{A}}}{\text{a}}=\frac{{\text{n}}_{\text{B}}}{\text{b}}$. Les réactifs A et B sont alors totalement consommés.

Dans le cas d'un titrage, on ajoute un réactif de concentration connue au réactif à doser et on recherche l'équivalence : on veut obtenir des proportions stœchiométriques.

Dans le cas d'un titrage suivi par conductimétrie, on repère l'équivalence par une rupture de pente de la courbe montrant l'évolution de la conductivité en fonction du volume de réactif titrant ajouté.

Le montage expérimental utilisé est indiqué sur le schéma ci-contre.

Titrage par conductimétrie

Application

Un volume V₁ = 100,0 ml de solution aqueuse d'ion sulfate ${\text{SO}}_4^{2-}$ de concentration C₁ inconnue est dosé par une solution aqueuse d'ion baryum Ba²⁺ de concentration C₂ = 0,050 mol.L^–1. L'équation de la réaction support du titrage est : Ba²⁺ + ${\text{SO}}_4^{2-}$ → BaSO₄(s).

On ajoute progressivement la solution d'ion baryum et on mesure la conductivité. On observe la formation d'un précipité blanc.

1. Définir l'équivalence pour ce titrage et en déduire une relation entre C₁, V₁, C₂ et V_2e le volume de solution d'ion baryum versé à l'équivalence.

2. Pourquoi la conductivité augmente-t-elle après l'équivalence ?

3. Déterminer la concentration C₁ en ions sulfate.

Solution

1. L'équivalence correspond à l'apport de l'ion baryum en proportions stœchiométriques avec l'ion sulfate : n₁ = n_2e, soit la relation entre C₁ × V₁ = C₂ × V_2e.

2. La conductivité augmente après l'équivalence car on ajoute l'ion baryum conducteur de l'électricité qui n'est plus détruit puisqu'il n'y a plus d'ion sulfate.

3. La concentration C₁ = C₂ × V_2e/V₁ or V_2e = 11,1 ml, donc C₁ = 0,050 × 11,1/100 = 0,0056 mol.L^–1 = 5,6 mmol.L^–1 en ions sulfate.