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BTS Diététique Détermination de la dureté d'une eau par complexométrie TP de Biochimie

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DOSAGE COMPLEXOMETRIQUE

APPLICATION A LA DETERMINATION DE LA

DURETE D'UNE EAU

Rappels théoriques

Au cours de ce TP, vous allez déterminer la teneur en ions calcium et magnésium d'une eau par complexométrie dans le but d'estimer sa dureté.

I. Définition de la dureté d'une eau

La dureté d'une eau ou titre hydrotimétrique (TH) est un indicateur de sa minéralisation et surtout de sa teneur en ions calcium (Ca2+) et magnésium (Mg2+).

Les teneurs en ions des eaux s'expriment en mg.L-1 alors que leur dureté est donnée en degrés

hydrotimétriques français.

Un degré français (°f) correspond à 10-4 mol.L-1 de cations divalents. On peut donc déterminer

la dureté totale (expression de la teneur en Mg2+ et Ca2+), magnésienne (expression de la teneur

en Mg2+) ou calcaire (expression de la teneur en Ca2+). Remarque : D'autres unités permettent d'exprimer la dureté d'une eau. Les degrés

hydrotimétriques allemand et anglais peuvent être reliés aux degrés français de la manière

suivante : 1°f = 0,56° allemand = 0,70° anglais

Lorsque l'on connaît la dureté totale d'une eau, on peut déterminer à quel type elle appartient

(Tableau 1). Tableau 1 : Relation entre le titre hydrotimétrique d'une eau et sa dureté. TH (°f) 0 à 7 7 à 15 15 à 25 25 à 42 > 42

Eau Très douce Douce Moyennement

dure Dure Très dure

II. Les dosages complexométriques

Ce sont des méthodes de dosages volumétriques reposant sur la capacité que possèdent

certaines molécules pour complexer des ions.

Au cours du dosage, un agent complexant (EDTA), capable de piéger les ions à doser, est peu à

peu ajouté à la solution à doser. Lorsque tous les ions à doser sont piégés, un indicateur

complexométrique change de couleur permettant de visualiser l'équivalence.

A. Agents complexants

1. Description

L'agent complexant ou chélateur est un ligand capable de piéger des ions. Les ligands utilisés

dans les dosages de cations doivent posséder au moins une paire d'électrons non-liants

disponibles pour se lier à l'ion piégé (dit " central ») par le biais d'une liaison dative (ou de

coordinence).

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Afin de déterminer la dureté de l'eau, on utilise l'EDTA (acide éthylène diamine tétraacétique)

(Figure 1).

2. Sites de fixation de l'EDTA

L'EDTA est un puissant agent complexant possédant 6 sites de fixation possibles pour les ions métalliques : 4 COOH (encadrées) et 2 amines tertiaires (entourées).

NCH2CH2N

CH2 CH2 CH2

CH2COOHHOOC

HOOCCOOH

Figure 1 : Représentation de l'EDTA (les sites de fixation possibles pour les cations divalents sont entourés ou encadrés)

Toutefois, dans les conditions du utilisées ici, deux des fonctions COOH ne sont pas réactives.

Au cours des dosages, la forme d'EDTA utilisée complexe les cations divalents (M2+ = Mg2+ et Ca2+) dans un rapport stoechiométrique 1/1 (1 mole d'EDTA complexe 1 mole de cations divalents (M2+)). CH2 N CH2 H2C COO-

HOOCCH2

N CH2 CH2 O-OC COOH M2+ Figure 2 : Fixation des ions calcium par l'EDTA (M2+ correspond à un cation divalent Ca2+ ou Mg2+)

A l'équivalence, on a donc : 2MEDTAn n

3. Stabilité des complexes

L'EDTA ne chélate pas le calcium et le magnésium de la même manière. La stabilité des

complexes qu'il forme avec chacun ce ces ions est quantifiée par une constante de dissociation

Kd ou par le pKd (pKd = -log Kd).

Plus la valeur de pKd est élevée, plus le complexe formé entre l'ion et l'EDTA est stable. De

plus l'EDTA fixera en priorité des cations avec lesquels il formera les complexes les plus stables. Le pKd de l'EDTA pour les ions Ca2+ et Mg2+ est respectivement de 10,7 et 8,7.

B. Indicateurs colorés

Ce sont également des agents complexants dont la couleur change en fonction de la présence ou de l'absence de certains ions en solution.

1. Le Noir Eriochrome T (NET)

Cet indicateur permet le dosage simultané des ions Ca2+ et Mg2+.

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3 Il peut fixer les ions Ca2+ et Mg2+ en présence desquels il est rouge-bordeaux au pH du dosage. Lorsque tous les ions Ca2+ et Mg2+ sont chélatés par l'EDTA, il vire au bleu.

2. L'indicateur de Patton et Reeder ou Acide calconcarboxylique (Calcon)

Il est utilisé pour le dosage du Ca2+ seul à pH fortement basique. En effet à pH 12-13, les ions

Ca2+ restent en solution alors que les ions Mg2+ précipitent sous forme de magnésie (Mg(OH)2). Au pH de l'expérience, cet agent complexant est rouge en présence de Ca2+ et bleu lorsque cet ion est absent (piégés par l'EDTA). Attention : Ces indicateurs complexométriques peuvent également fonctionner comme indicateurs de pH. Il faut donc travailler à pH constant (milieu tamponné).quotesdbs_dbs4.pdfusesText_7

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