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Chap. 8: Formulaire

3. CHIMIE ET RÉACTIFS

3.1. RAPPEL DE NOTIONS DE CHIMIE

On appelle corps pur, une substance dont les constantes physiques sont identiques quelle que soit la taille de l'échantillon pris.

La molécule est la plus petite partie d'un corps pur ayant toutes les propriétés physiques et chimiques de celui-ci.

Une molécule peut être dissociée par des moyens chimiques. L'énergie mise en oeuvre est forte. La molécule est formée - d'atomes identiques pour un corps pur simple ou, - d'atomes différents pour un corps pur composé.

Les principales particules élémen-taires d'un atome sont l'électron, le proton, le neutron - l'électron est une particule de charge électrique négative, - e = - 1,6 1019 coulomb. Sa masse au repos est de 9, 107.10-31 kg. L'électron possède un moment angulaire (spin) par suite de sa rotation autour de son axe; il en résulte un moment magnétique dipolaire responsable des propriétés de la plupart des substances para et ferromagnétiques; - le proton est une particule électrisée positivement, ( + e = + 1,6 10-19 coulomb) dont la masse est 1836 fois celle de l'électron; - le neutron est une particule électriquement neutre dont la masse est sensiblement égale à celle du proton.

L'atome est un assemblage de particules élémentaires de diamètre de l'ordre de 0,1 à 0,5 manomètre. Il comporte - un noyau contenant Z protons et N neutrons. Sa charge électrique est Ze+. Sa dimension est de 10-5 manomètre environ. Le terme nucléon est utilisé pour désigner soit le proton, soit le neutron. Le noyau, partie lourde de l'atome, est chimiquement stable - un nuage de Z électrons , de charge électrique: - Ze.

Dans un atome électriquement neutre, les électrons attirés par le noyau sont en mouvement rapide dans un espace de quelques fractions de manomètre autour de celui-ci et occupent des positions énergétiques quantifiées. Ils peuvent passer d'un niveau énergétique à un autre par absorption ou émission d'un photon.

Un photon est un quantum d'énergie, c'est-à-dire qu'il transporte un "grain" d'énergie. Si v est la fréquence d'un rayonnement, l'énergie du photon associé est E = hv.

h constante de Planck ~ 6,63 10-34 J.s. 3.1.1. Numéro atomique, isotopes

On appelle numéro atomique le nombre de protons dans le noyau et nombre de masse A la somme Z + N (nombre de nucléons du noyau).

La masse atomique est égale au nombre de masse multiplié par la masse du nucléon.

Deux atomes d'un même élément chimique ne différant que par le nombre de neutrons sont dits isotopes.

3. Chimie et réactifs

Des atomes isotopes ont les mêmes propriétés chimiques parce qu'ils ont le même nombre d'électrons. Seule leur cinématique est différente. Ainsi, l'ensemble des atomes pour lesquels Z = 8 constituent l'élément oxygène.

On distingue les isotopes en écrivant leur nombre de nucléons A en haut et à gauche du symbole de l'atome Ex: 1H hydrogène léger, 2H hydrogène lourd (deuterium), 3H tritium, 35Cl et 37C1. 3.1.2. Masse atomique des éléments - Mole

La masse d'un atome est égale, avec une approximation suffisante en chimie classique à la somme des masses des nucléons. Ces masses étant très petites, et donc d'emploi peu commode, il a été convenu de partir de la masse d'un certain nombre d'atomes. Le nucléide 12C a été choisi comme élément de base (14e Conférence Générale des Poids et Mesures 1971).

La mole est, par définition la quantité de matière d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 12 g de carbone 12C (son symbole est "mol").

Le nombre d'atomes contenus dans une mole d'un élément est de 6,023.1023 (nombre d'Avogadro).

La masse d'une mole de carbone 12C est de 12 g exactement, celle d'une mole d'atomes de chlore est de 35,453 g; la quantité de matière contenue dans 1 kg d'H2O est de 55,533 mol.

On définit la masse molaire d'un corps comme étant le quotient de la masse de ce corps par la quantité de matière qu'il contient: elle s'exprime en gramme par

mole (g.mol-1). L'usage s'est répandu de l'exprimer en dalton. Le dalton est la masse de l'isotope 1H

Les propriétés des éléments chimiques ne sont pas quelconques, mais dépendent de la structure électronique de l'atome: deux atomes différents ayant leurs couches périphériques identiques ont des propriétés chimiques voisines (familles des alcalins, des halogènes, etc.). Le tableau de Mendeleieff, ou classification périodique des éléments (cf. figure 219), rend compte de ces analogies. 3.1.3. Formule des composés

Les corps composés sont représentés par des formules obtenues avec les symboles des éléments qui les constituent Lorsque les nombres d'atomes diffèrent pour les éléments du composé, ces symboles sont affectés d'indices entiers représentant les proportions des divers atomes. Ces chiffres sont inscrits en bas à droite des symboles: H2O, deux atomes d'hydrogène pour un d'oxygène.

Le tableau 54 donne la masse molaire des principaux sels utilisés en traitement des eaux.

Pour les corps organiques, on utilise souvent une formule qui indique comment certains groupes d'atomes sont associés dans la molécule. Ainsi, on écrit l'acide acétique CH3COOH pour montrer qu'il y a un groupe CH3 fixé sur un atome de carbone portant également un atome d'oxygène et un groupe OH. 3.1.4. Règles pour l'écriture des formules

Les règles complètes concernant la Nomenclature de Chimie Inorganique ont été publiées par la Société Chimique de France (février 1975). Quelques paragraphes fondamentaux en sont rappelés ci-après • (§ 2.15) ; dans les formules, le constituant électropositif (cation) doit toujours

Chap. 8: Formulaire


être placé le premier, exemple KCI, CaSO4. Si le composé contient plus d'un constituant électropositif ou électroné-gatif, la séquence à l'intérieur de chaque classe devrait être celle de l'ordre alphabètique des symboles. Les acides sont traités comme des sels d'hydrogène, par exemple H2SO4 et H2PtCI6 ; pour la place de l'hydrogène, voir 6.2 et 6.32.3. • (§ 2.16.1) ; dans le cas de composés binaires entre éléments non métalliques, le constituant à placer en tête est celui qui figure le premier dans la liste suivante: B, Si, C, Sb, As, P, N, H, Te, Se, S, At, I, Br, Cl, 0, F. Exemple: NH3, H2S, SO2, ClO2, OF2. • (§ 6.2) ; sels contenant des atomes d'hydrogène acide. Les noms de ces sels se forment en ajoutant le préfixe hydrogéno au nom de l'anion pour indiquer la présence dans ce sel de l'hydrogène substituable. De tels sels ne peuvent naturellement pas être appelés des sels acides. Exemples NaHCO3 : hydrogénocaxbonate de sodium, LiH2PO4: dihydrogénophosphate de lithium, KHS : hydrogénosulfure de potassium. • (§ 6.3) ; sels doubles, triples. • (§ 6.31) ; cations: dans les formules, tous les cations doivent précéder les anions. • (§ 6.32.1) ; les cations autres que l'hydrogène doivent être cités par ordre alphabétique, ordre qui peut être différent dans les formules et dans les noms. Exemple: KNaCO3: carbonate de potassium et de sodium • (§ 6.32.3); hydrogène acide : l'hydrogène est écrit le dernier parmi les cations lorsque la règle 6.2 n'est pas appliquée. Exemple: NaNH4HPO4, 4 H20 : hydrogénophosphate d'ammonium et de sodium à 4 molécules d'eau.

• (§ 6.33) ; anions: les anions doivent être écrits par ordre alphabétique, ordre qui peut être différent dans les formules et dans les noms. 3.1.5. Évaluation des concentrations 3.1.5.1. Emploi du milli-équivalent

Pour faciliter les calculs, on a pris l'habitude d'évaluer les résultats des analyses non pas en grammes par litre mais en équivalents grammes par litre. Le sous multiple est le milli-équivalent (meq.l-1). Voir page 16.

Par exemple, la masse molaire du chlore étant de 35,5 g, si une eau contient 2 g de chlore par litre, on peut exprimer ce résultat en écrivant qu'elle contient

équivalent-gramme de chlore par litre (56 meq.l-1). S'il s'agit d'un élément polyvalent, l'unité de concentration (meq.l-1) a pour valeur, exprimée en mg .l-1, la masse molaire divisée par la valence. Par exemple, pour le calcium, élément bivalent dont la masse molaire est 40 g, une concentration d'un meq.l-1 correspond à

L'avantage de cette notation est de permettre le calcul immédiat des concentrations salines. Si, dans l'exemple précédent d'une eau contenant 56 milli-équivalents de chlore par litre, il s'agit d'une solution pure de chlorure de calcium, la concentration en CaCl2 est

et la dose de calcium correspondante de :

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Tableau 54. Masse molaire des principaux sels cristallisés.

Corps Formule Masse molaire g.mol Aluminium sulfate Al2 (SO4)3, 18 H20 666,4 Ammonium nitrate NH4 NO3 80,0 - nitrite NH4 NO2 64,0 - sulfate (NH4)2 SO4 132,1 Argent chlorure AgCI 143,3 Baryum hydroxyde (Baryte) Ba (OH)2, 8 H20 315,5 - sulfate Ba SO4 233,0 - chlorure Ba Cl2, 2 H20 244,3 Calcium carbonate Ca CO3 100,1 - hydrogénocarbonate Ca (HCO3)2 162,1 - chlorure Ca Cl2, 6 H20 219,1 - sulfate Ca SO4, 2 H20 172,2 Cuivre sulfate CU SO4, 5 H20 249,7 Fer chlorure (ferrique) Fe C13, 6 H20 270,3 - sulfate (ferreux) Fe SO4, 7 H20 278,0 - - (ferrique) Fe2 (SO4)3, 9 H20 562,0 Magnésium carbonate Mg CO3 84,3 - chlorure Mg C12, 6 H20 203,3 - sulfate Mg SO4, 7 H20 246,5 Manganèse hydroxyde (manganeux) Mn (OH)2, 89,0 - carbonate Mn CO3 115,0 Plomb carbonate Pb CO3 267,2 - sulfate Pb SO4 303,2 Potassium nitrate K NO3 101,1 - permanganate K MnO4 158,0 - phosphate K3 PO4 212,3 Sodium aluminate Na2 A1O4 13 7 - hydrogénocarbonate Na HCO3 84 - carbonate Na2 CO3 106,0 - - Na2 CO3, 10 H2O 286,1 - chlorure Na Cl 58,4 - monohydrogénophosphate Na2 HPO4, 12 H2O 358,1 - orthophosphate Na3 PO4, 12 H2O 380,1


On a très souvent besoin de connaître non pas le détail des différents sels dissous, mais le bilan des anions et des cations. La notation en équivalents permet immédiatement d'avoir une idée de ce bilan.

3.1.5.2. Emploi des degrés La notion d'équivalent et de milli-

équivalent a l'avantage d'être internationale, mais l'emploi du degré demeure fréquent pour la définition du degré ainsi que celui du ppm de CaCO3 (0,02 milli-équivalent par litre).

Tableau 55. Concentration de solutions Valeur des différentes unités

en mg.l-1 Masse Formule Molaire Milli-

équivalent.l-1

Degré français

Ca CO3 ppm

1) Sels et oxydes de calcium et de magnésium participant à la dureté de l'eau (titre hydroti-métrique)

Carbonate de calcium CaCO3 100 50 10,0 1,00 Hydrogénocarbonate de calcium

(bicarbonate de calcium) Ca(HCO3)2 162 81 16,2 1,62 Sulfate de calcium CaSO4 136 68 13,6 1,36 Chlorure de calcium CaCl2 111 55,5 11,1 1,11 Nitrate de calcium Ca(NO3)2 164 82 16,4 1,64 Chaux vive CaCO 56 28 5,6 0,56 Chaux hydratée CA(OH)2 74 37 7,4 0,74 Carbonate de magnésium MgCO3 84 42 8,4 0,84 Hydrogénocarbonate (bicarbonate de magnésium) Mg(HCO3)

2 146 73 14,6 1,46

Sulfate de magnésium MgSO4 120 60 12,0 1,20 Chlorure de magnésium MgC12 95 47,5 9,5 0,95 Nitrate de magnésium Mg(NO3)2 148 74 14,8 1,48 Magnésie MgO 40 20 4,0 0,40 Mg(OH)2 58 29 5,8 0,58 2) Anions Carbonate CO3 60 30 6,0 0,60 Hydrogénocarbonate (bicarbonate)

HCO3 61 61 12,2 1,22

Sulfate SO4 96 48 9,6 0,96 Sulfite SO3 80 40 8,0 0,80 Chlorure Cl 35,5 35,5 7,1 0,71 Nitrate NO3 62 62 12,4 1,24 Nitrite NO2 46 46 9,2 0,92 Orthophosphate PO4 95 31,6 6,32 0,63 Silicate exprime en SiO2 SiO2 60 60 12,0 1,20

Chap. 8: Formulaire

Valeur des différentes unités en

mg.l-1 Formule Masse

molaire Milli-

équivalent.l-1 Degré

français Ca CO3

ppm

3) Acides Sulfurique H2SO4 98 49 9,8 0,98 Chlorhydrique HCl 36,5 36,5 7,3 0,73 Nitrique HNO3 63 63 12,6 1,26 Orthophosphorique H3PO4 98 32,7 6,5 0,65 4) Cations et oxydes calcium Ca 40 20 4,0 0,40 Magnésium Mg 24,3 12,1 2,4 0,24 Sodium Na 23 23 4,6 0,46 Na2O 62 31 6,2 0,62 Potassium K 39 39 7,8 0,78 Fer (11) Fe 55,8 28 5,6 0,56 Fer (III) Fe 55,8 18,6 3,7 0,37 Fe2O3 159,6 26,6 5,3 0,53 Aluminium Al 27 9 1,8 0,18 A1203 102 17 3,4 0,34 5) Bases Ammonium NH4 18 18 3,6 0,36 Soude NaOH 40 40 8,0 0,80 Potasse KOH 56 56 11,2 1,12 Ammoniaque NH4OH 35 35 7,0 0,70 6) Sels divers Hydrogénocarbonate (bicarbonate) de sodium NaHCO3 84 84 16,8 1,68 Carbonate de sodium Na2CO3 106 53 10,6 1,06 Sulfate de sodium Na2SO4 142 71 14,2 1,42 Chlorure de sodium NaCI 58,5 58,5 11,7 1,17 Orthophosphate de sodium Na3PO4 164 54,7 10,9 1,09 Silicate de sodium Na2SiO3 122 61 12,2 1,22 Carbonate de potassium K2CO3 138 69 13,8 1,38 Hydrogénocarbonate (bicarbonate) de potassium KHCO3 100 100 20 2,00 Sulfate de potassium K2SO4 174 87 17,4 1,74 Chlorure de potassium KCl 74,5 74,5 14,9 1,49 Sulfate ferreux FeSO4 152 76 15,2 1,52 Sulfate ferrique Fe2(SO4)3 400 66,6 13,3 1,33 Chlorure ferrique FeC13 162,5 54,2 10,8 1,08 Sulfate d'aluminium Al2(SO4)3 342 57 11,4 1,14 Chlorure d'aluminium AICI3 133,5 44,5 8,9 0,89 Permanganate de potassium KMnO4 158 158 31,6 3,16


3.2. CONSTANTES CARACTÉRISTIQUES DE SOLUTION 3.2.1. Densités

Ammoniaque Densité H2SO4 HCI HNO3 NaOH Densité NH3

1,000 1,2 2 1,6 0,8 0,998 4,5 1,005 8,4 12 10,7 5 0,996 10 1,010 15,7 22 20,0 10 0,994 13,6 1,015 23 32 28 14 0,9915 19,8 1,020 31 42 38 19 0,990 22,9 1,025 39 53 47 23 0,9875 29,6 1,030 46 64 56 28 0,986 32,5 1,040 62 85 75 38 0,983 39,3 1,050 77 107 94 47 0,982 42,2 1,060 93 129 113 57 0,979 49 1,070 109 152 132 67 0,978 51,8 1,080 125 174 151 78 0,974 61,4 1,090 142 197 170 88 0,970 70,9 1,100 158 220 190 99 0,966 80,5 1,120 191 267 228 121 0,962 89,9 1,140 223 315 267 143 0,958 100,3 1,160 257 366 307 167 0,954 110,7 1,180 292 418 347 191 0,950 121 1,200 328 469 388 216 0,946 131,3 1,220 364 431 241 0,942 141,7 1,240 400 474 267 0,938 152,1 1,260 436 520 295 0,934 162,7 1,280 472 568 323 0,930 173;4 1,300 509 617 352 0,926 184,2 1,320 548 668 382 0,923 188 1,340 586 711 412 0,922 195,7 1,360 624 780 445 0,918 205,6 1,380 663 843 478 0,914 216,3 1,400 701 911 512 0,910 225,4 1,420 739 986 548 0,906 238,3 1,440 778 1 070 584 0,902 249,4 1,460 818 1163 623 0,898 260,5 1,480 858 1 270 662 0,894 271,5 1,500 897 1405 703 0,890 282,6 1,510 916 1 474 723 1.520 936 1 508 744 1,530 956 766

Tableau 56. Correspondance entre la densité et la concentration de solutions acides et basiques. (grammes de produit pur par litre de solution à 15 °C).

Chap. 8: Formulaire

Tableau 57. Correspondance entre la densité et la concentration de solutions salines (et du lait de chaux). (grammes de produit pur par litre de solution à 15 °C).

Densité Sulfate

d'aluminium AI2 (SO4)3

18 H20

Chlorure ferrique FeCl3

Sulfate ferreux FeSO4 7 H20

Carbonate de sodium anhydre Na2CO3

Sel NaCI

Eau de Javel

CI (env.)

Lait de chaux CaO

(env.) 1,007 14 10,1 13,1 6,3 10,1 2,8 7,5 1,014 28 20 26,4 13,1 20,5 5,5 16,5 1,021 42 29 40,8 19,5 30,5 8 26 1,028 57 37 55,5 29 41 10,5 36 1,036 73 47 70,5 35,4 51 13,5 46 1,044 89 57 85,5 41,1 62 16 56 1,051 103 66 102 50,8 73 18,5 65 1,059 119 76 116,5 58,8 85 21 75 1,067 135 86 132 67,9 97 23 84 1,075 152 96 147 76,1 109 25 94 1,083 168 106 163 85,0 121 27,5 104 1,091 184 116 179 93,5 134 30 115 1,099 200 126 196 101,2 147 32 126 1,108 218 138 213 110,6 160 34 137 1,116 235 150 230 122 174 36 148 1,125 255 162 247 131 187 38 159 1,134 274 174 265 141,5 200 40 170 1,143 293 186 284 150,5 215 181 1,152 312 198 304 162,5 230 193 1,161 332 210 324 248 206 1,170 351 222 344 262 218 1,180 373 236 365 277 229 1,190 395 250 387 292 242 1,200 417 263 408 310 255 1,210 440 279 430 268 1,220 462 293 452 281 1,230 485 308 474 295 1,241 509 323 501 309 1,252 534 338 324 1,263 558 353 339 1,285 609 384 1,308 663 416 1,332 720 449 1,357 483 1,383 521 1,411 561 1,437 601 1,453 626 1,468 650

Nota: l'eau de Javel, nom commercial de l'hypochlorite de sodium est caractérisée par sa teneur en chlore actif qui s'évalue en degré chlorométrique.

1° chlorométrique = 3,17 g de chlore actif par litre. 11 d'eau de Javel à 18° Cl. contient 5 7 g de Cl2, actif. 1 1 d'eau de Javel à 48° Cl. contient 152 g de Cl2, actif.


3.2.2. Conductivité - Résistivité

La conductivité est mesurée par la conductance d'une colonne d'eau comprise entre deux électrodes métalliques de 1 cm' de surface, séparées l'une de l'autre de 1 cm. Elle augmente avec la teneur en sels dissous et varie en fonction de la température. La conductivité est exprimée en siemens (ou mhos). Sousmultiples: le millisiemens par cm et le microsiemens par cm (~tS.cW 1) ; cette

dernière unité est la, plus utilisée en traitement d'eau.

La résistivité est l'inverse de la conductivité et est mesurée en ohms.cm(SQ.cm). La relation entre les deux mesures est la suivante

Exemple: une conductivité de 10 µS.cm-1 correspond à une résistivité de 100 000 ohms.cm.

Chap. 8: Formulaire


Figure 222. Conductivité des solutions d'acides et de soude. • Étalonnage des résistivimètres

Les cellules de mesure de résistivité doivent être réétalonnées périodiquement avec des solutions N/50 ou N/100 de chlorure de potassium

Résistivité en O . cm

Température °C KCI N/50 KCI N/100 15 446 872 16 436 852 17 426 834 18 417 817 19 408 800 20 400 782 21 392 766 22 384 751 23 376 736 24 369 721 25 362 708

Chap. 8: Formulaire

Figure 223. Influence de la concentration en électrolytes spécifiques sur la conductivité d'une eau (25°C)


.

Chap. 8: Formulaire

3. Chimie et réactifs 3.2.3. Viscosité cinématique de quelques liquides

Désignation Température Viscosité cinématique v (°C) M2.s-1

Eau 0 1,8 .10-6 - 20 1,0 .10-6 Saumure saturée de NaCI 0 2,5 .10-6 - 10 1,8 .10-6 Acide acétique 100 % 20 1,2 .10-6 Acide nitrique 95 % 0 1,5 .10-6 - 10 1,2 .10 6 Acide sulfurique 66 ° Bé - 10 4,4 .10-5 - 0 2,6 .10-5 - 15 1,7 .10-5 - 25 1,3 .10-5 - 50 6 .10-6 Acide chlorhyd. 20-21 ° Bé - 10 2,6 .10-6 - 0 2,2 .10-6 - 10 2,0 .10-6 - 20 1,7 .10-6 Lessive de soude 49 % 15 7,9 .10-5 - 20 5,4 .10-5 - 25 3,6 .10-5 Lessive de soude 41 % 15 4,5 .10-5 - 20 3,4 .10-5 - 25 1,7 .10-5 Silicate de sodium 38-40 Bé 0 5,5 .10-4 - 5 2,9 .10-4 - 10 2,05.10-4 - 20 1,13.10-4 Sulfate d'aluminium 34 ° Bé 8 1,38.10-5 Chlorure ferrique 45 ° Bé - 15 2,5 .10-5 - 0 1,0 .10-5 - 20 3,0 .10-6

NOTA: certains adjuvants de floculation ont une viscosité élevée à faire préciser par le fournisseur (voir § 3.5.7).

Chap. 8: Formulaire

Figure 226. Viscosité dynamique de l'eau en fonction de la température.

3.2.4. Solutions remarquables 3.2.4.1. Solubilités • Solubilité de la chaux Température °C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

CaO g.l-1 1,40 1,33 1,25 1,16 1,06 0,97 0,88 0,80 0,71 0,64 0,5 Ca(OH)2 g.1-1 1,85 1,76 1,65 1,53 1,41 1,28 1,16 1,06 0,94 0,85 0,7 Titre de l'eau de chaux en 250 238 223 207 190 173 157 143 127 115 104 degrés TAC


• Solubilité de quelques réactifs solides (1) (En grammes de substance correspondant à la formule, par litre d'eau.)

Corps Formule (2) 0 °C 10 °C 20 °C 30 °C

Sulfate d'aluminium A12(SO4)3,18 H2O 636 659 688 728 Chlorure de calcium CaCI2 595 650 745 1020 Sulfate de calcium CaSO4 2H2O 2,22 2,44 2,58 2,65 Sulfate de cuivre CuSO4, 5 H2O 233 264 297 340 Chlorure ferrique FeCl3 744 819 918 - FeC13, 6 H2O 852 927 1026 - Sulfate ferreux FeSO4, 7 H2O 282 331 391 455 Permanganate de potassium

KMnO4 28 44 64 90

Phosphate d'ammonium NH4H2PO4 184 219 261 (NH4)2H PO4 364 386 408 (NH4)2H PO4, 2H2O 340 388 Sulfate d'ammonium (NH4)2 SO4 413 420 428 Carbonate de sodium Na2CO3, 10 H2O 250 305 395 568 Chlorure de sodium NaCl 357 358 360 363 Fluorure de sodium NaF 40 - 42,2 - Bicarbonate de sodium NaHCO3 69 81,5 96 111 Phosphate monosodique NaH2PO4, 2 H2O 615 735 888 1101 Phosphate disodique Na2HPO4, 12 H2O 233 252 293 424 Phosphate trisodique Na3PO4 15 41 110 200 Na3PO4, 12 H2O 231 257 326 416 Soude caustique NaOH 420 515 1090 1190 1) Ces solubilités s'entendent pour des produits dissous dans l'eau en l'absence d'autres sels . 2) Quand un réactif sous sa forme commerciale a une formule différente de celle indiquée ci-dessus, sa solubilité doit être recalculée.

Chap. 8: Formulaire

3. Chimie et réactifs • Solubilité de la silice

Figure 228. Solubilité de la silice en fonction du pH et de la température. Nota: en l'absence d'inhibiteurs de polymérisation.

Chap. 8: Formulaire 3.2.4.2. Solution de soude pH des solutions pures de NaOH

pH NaOH mg.l-1

pH NaOH mg.l-1

7,5 0,013 9,5 1,3 8 0,04 10 4

8,5 0,13 10,5 13 9 0,4 11 40

.


3.2.4.3. Solutions d'acide sulfurique

Concentration H2SO4

Masse volumique

kg.l -1

Point de fusion

Chaleur massique kJ. kg-1

% g.l-1 15 °C °C 18 °C 5 51,6 1,033 - 2 3,992 10 106 1,068 - 5 3,857 15 165 1,104 - 8 3,666 20 228 1,142 - 14 3,532 25 295 1,182 - 22 3,361 30 365 1,222 - 36 3,200 40 522 1,306 - 68 2,830 50 699 1,399 - 37 2,533 70 1130 1,615 - 41 1,985 90 1640 1,820 - 6 1,659 91 1660 1,825 - 11 1,597 92 1680 1,829 - 24 1,584 93 1700 1,833 - 38 1,513 94 1725 1,836 - 28 1,496 95 1725 1,839 - 19 1,484 96 1770 1,8406 - 11 1,450 97 1786 1,8414 - 5 1,434 98 1804 1,8411 + 0 1,404 99 1821 1,8393 + 6 1,409 100 1836 1,8357 + 10,4 1,400

.

Chap. 8: Formulaire 3.2.4.4. Solutions d'ammoniaque et de morpholine


3.2.4.5. Solution de chlorure ferrique

Figure 234. Solubilité du FeCl3 à différentes températures

Chap. 8: Formulaire

3.2.4.6. Chaux vive La figure 237 donne: - l'élévation de température, - les concentrations respectives en g.l-1

CaO ou Ca(OH)2, - les densités, en fonction de la dilution g. d'eau par gramme de CaO lors de l'extinction de la chaux vive.


3.2.5. Tableau des pK

CONSTANTE DES COUPLES ACIDES/BASES USUELS DANS L'EAU A 25 °C

Nom de l'acide Formule de l'acide Formule de la base pK Acide sulfurique H2SO4 HSO4

-/SO42- 1,9

Acide chromique H2CrO4 HCrO4/CrO42- 0,7/6,4

Acide oxalique H2C2O4 HC2O4-/C2O4 1,2/4,1

Acide phosphoreux

H3PO3 H2PO3-/HPO3

2-/PO32- 1,6/6,4

Acide sulfureux H2SO3 HSO3-/SO3

2- 1,8/7,1 E.D.T.A. 2,0/2,7/6,2/10,3

Acide orthophosphorique

H3PO4 H2PO4/HPO42-/PO4

3- 2,2/7,2/12,0

Acide fluorhydrique HF F- 3,2 Acide nitreux HNO2 NO2

- 3,4 Acide formique HCOOH HCOO- 3,7 Acide cyanique HCNO CNO- 3,8 Acide acétique CH3CO2H CH3CO2

- 4,8 Ion aluminium Al3+aq Al OH 2+aq 4,9

Acide carbonique H2CO3 HCO3-/CO3

2- 6,4,10,2 Acide sulfhydrique H2S HS-/S2- 7,1/14 Acide hypochloreux HC1O C1O- 7,3 Acide hypobromeux HbrO BrO- 8,7

Acide borique H3BO3 H2BO3/HBO32-/BO3

3- 9/12,7/13,8 Acide cyanhydrique HCN CN- 9,1

Ion ammonium NH4 NH3 ou NH4OH 9,2 Acide hypo-iodeux HIO IO- 10,7

Ion calcium Ca2+ CaOH+/Ca(OH)2 11,6/12,6 NOTA: Les acides forts et les bases fortes sont considérés totalement dissociés.

Chap. 8: Formulaire

3.2.6. Équivalences DCO - DB05 - DOTh de quelques composés organiques en g par g de composé (DOTh = demande totale théorique en oxygène)

Appellations DCO DB05 DOTh Acides organiques - formique ac. méthanoïque 0,30 0,24 0,34 - acétique ac. éthanoïque 1 0,65 1,06 - propionique ac. propanoïque 1,4 1,1 1,51 - stéarique 1 - octadécanoïque 1,6 1,4 - 0,5 2,13 - lactique 2 - hydroxypropanoïque 0,9 0,6 1,06 - citrique 0,6 0,4 0,68 - oxalique ac. éthanedioïque 0,18 0,15 0,18 - tartrique ac. racémique 0,5 0,3 0,53 Alcools - méthylique méthanol 1,4 1 1,5 - éthylique éthanol 2 1,6 2,1 - n propylique n propanol 2,2 1,5 2,4 - iso propylique 1 - propanol 2,2 1,2 2,4 - n butylique 1 - butanol 2,4 1,7 2,59 - glycérine 1, 2, 3 propanetriol 1,1 0,8 1,22 Alydéhydes et cétones - ald. formique formaldéhyde 1,02 0,9 - 0,3 1,07 - ald. acétique acétaldéhyde 1,8 1,3 1,82 - furfural 2 - furaldéhyde 1,6 0,8 - 0,3 1,66 - acétone 2 - propanone 1,9 0,8 - 0,5 2,2 - méthyléthycétone (MEC) 2 - butanone 2,3 1,8 2,44 Carbohydrates - amidon 0,9 0,4 - 0,8 1,18 - glucose 0,9 0,6 - 0,8 0,93


Appellations DCO DBO5 DOTh Amines et amides - monoéthanolamine (MEA) 2 amino éthanol 1,3 0,95 2,4 - diéthanolamine (DEA) bis (2 hydroxyéthyl) amine 1,5 0,9 2,13 - triéthanolamine (TEA) tri (2 hydroxyéthyl) amine 1,5 0,5 2,04 - acrylonitrile propenenitrile 1,4 0,7 3,17 - aniline amino benzène 2,4 1,5 3,09 - mélamine 2, 4, 6 triamine s-triazine - 0 3,04 - méthionine - 0,4 - 1,4 2,07 - morpholine diéthylénimide ox. - 0 - 0,2 2,6 - urée carbamide 0 0,1 1,06 - diméthylformamide - - 1,86 Hydrocarbures - n hexane 0,8 0,3 - 0 1,94 - n décape 1,6 1,2 - 0,1 2,12 - n hexadécane 2,2 0,6 - 0,1 2,23 - benzène 2,8 2,1 - 0,5 3,1 - styrène vinyl benzène 2,9 1,5 3,07 - toluène méthyl benzène 1,8 1,2 - 0,5 3,13 - o-xylène 1, 2 diméthylbenzène 2,6 1,6 - 1 3,12 Composés hétérocycliques - pyridine 0,0 0 - 1,2 3,03 - quinoléine benzol pyridine 2,3 1,7 2,5 Composés particuliers - acroléine propénal 1,7 0 2,0 - acrylamide propénamide 1,3 0 - 1 2,35 - caprolactame cyclohexanone i-oxime. 0,6 0,4 2,12 - épichlorhydrine 1,1 0 1,21 - oxyde d'éthylène 1, 2 époxyéthane 1,7 0,1 1,82 - oxyde de propylène 1, 2 époxypropane 1,8 0,2 2,21 - phénol hydrobenzène 2,3 1,7 2,38 Composés du soufre - sulfures S2- 2 - sulfocyanures SCN- 2,2 - S colloïdal 1,5 - thiosulfates S2O3

2- 0,6 - tétrathionates S4O6

2- 0,5 - sulfites SO3

2- 0,2 Nota: pour certains composés, les valeurs de DBO peuvent être très dépendantes, soit des conditions d'ensemencement ou d'acclimatation (cétones,

SCN- etc.) soit, du niveau de concentration initiale dont l'élévation détériore la dégradabilité (hydrocarbures aromatiques notamment).

Chap. 8: Formulaire

3.3. CONSTANTES CARACTÉRISTIQUES DES GAZ 3.3.1. Masse volumique des gaz

Si M° est la masse du litre à 0 °C, la

masse du litre à t °C à la même pression est:

Si M'° est la masse du litre sous 760 mm de mercure, la masse du litre à la pression réelle P est:

3.3.2. Solubilité des principaux gaz dans l'eau Normaux litres de gaz par litre d'eau sous

une pression partielle de ce gaz égale à 1 bar.

La formule ci-après permet de retrouver la teneur en gaz dissous dans un liquide à partir de la constante de Henry (figure 238)

Pyi = Hxi

P = pression totale du gaz. H = constante de Henry dans la même unité que P. xi = fraction molaire du gaz dans le liquide. yi = fraction molaire du gaz dans le mélange gazeux.

Gaz Densité

par rapport à

l'air

Masse du litre à 0 °C et à 760

mm de mercure en g

Air 1 1,29349 Oxygène O2 1,1052 1,4295 Azote N2 0,967 1,2508 Hydrogène H2 0,06948 0,08987 Dioxyde de carbone CO2

1,5287 1,978

Chlore C12 2,491 3,222 Ammoniac NH3

0,5971 0,772

Dioxyde de soufre SO2

2,263 2,927

Sulfure d'hydrogène H2S

1,1895 1,539

Figure 238. Constante de Henry pour différents gaz.


Température Gaz Air O2 N2 CO2 H2S C12 NH3 SO2 0 0,0288 0,0489 0,0235 1,713 4,621 4,61 1135 75,00 5 0,0255 0,0429 0,0208 1,424 3,935 3,75 1005 62,97 10 0,0227 0,038 0,0186 1,194 3,362 3,095 881 52,52 15 0,0205 0,0342 0,0168 1,019 2,913 2,635 778 43,45 20 0,0187 0,0310 0,0154 0,878 2,554 2,260 681 36,31 25 0,0172 0,0283 0,0143 0,759 2,257 1,985 595 30,50 30 0,0161 0,0261 0,0134 0,665 2,014 1,769 521 25,87 35 0,0151 0,0244 0,0125 0,592 1,811 1,570 460 22,00 40 0,0143 0,0231 0,0118 0,533 1,642 1,414 395 18,91 50 0,0131 0,0209 0,0109 0,437 1,376 1,204 294 15,02 60 0,0123 0,0195 0,0102 0,365 1,176 1,006 198 11,09 70 0,0118 0,0183 0,0097 0,319 1,010 0,848 8,91 80 0,0116 0,0176 0,0096 0,275 0,906 0,672 7,27 90 0,0115 0,0170 0,0095 0,246 0,835 0,380 6,16 100 0,0115 0,0169 0,0095 0,220 0,800 110 0,0172 0,204 120 0,0176 0,194 130 0,0183 140 0,0192

Chap. 8: Formulaire

Figure 240. Solubilité de CO2 et O2 dans l'eau en mg.l -1 de gaz par litre d'eau à la pression atmosphérique et sous atmosphère de gaz pur.

3. Chimie et réactifs 3.3.3. Viscosité cinématique de gaz usuels Cas particuliers des gaz usuels

La viscosité cinématique v fonction de la température, à la pression normale de 760 mm de mercure, â pour valeur en m2.s-1:

Cette viscosité doit être corrigée en fonction de la pression d'après la relation suivante (non valable pour la vapeur d'eau)

avec: v' = viscosité cinématique corrigée, en m2.s-1, P' = pression absolue réelle, P = pression absolue normale, exprimée avec la même unité que P'.

La masse volumique p' du fluide, en kg.m-3 dans les conditions de température t' (°C) et de pression absolue P' de l'écoulement, se déduit de la masse volumique ? dans les conditions normales d'après la formule

t °C 0 20 40 60 80 100 Air 13,20.10-6 15,00.10-6 16,98.10-6 18,85.10-6 20,89.10-6 23,00.10-6

Vapeur d'eau

11,12 12,90 14,84 16,90 18,66 21,50

C12 3,80 4,36 5,02 5,66 6,36 7,15 CH4 14,20 16,50 18,44 20,07 22,90 25,40 CO2 7,00 8,02 9,05 10,30 12,10 12,80 NH3 12,00 14,00 16,00 18,10 20,35 22,70 O2 13,40 15,36 17,13 19,05 21,16 23,40

SO2 4,00 4,60 7,60

Chap. 8: Formulaire

3.3.4. Humidité absolue de l'air atmosphérique à la saturation en fonction du point de rosée

3.3.5. Chlore 3.3.5.1. Caractéristiques générales Le chlore est un gaz jaune verdâtre à l'état normal, dont les constantes physiques sont les suivantes - densité par rapport à l'air 2,491 - masse atomique Cl = 35,46 - point de liquéfaction sous 100 kPa - 34,1 °C

- point de congélation - 102 °C - température critique 144 °C - pression critique 7 710 kPa - chaleur massique du gaz 0,518 kj.kg-1 (0,124kcal.kg-1) - chaleur massique du liquide 0,92 kJ.kg-1 (0,22 kcal.kg-1)

A 15 °C et sous 760 mm de Hg, l kg de chlore donne naissance à 314 litres de

3. Chimie et réactifs chlore à l'état gazeux et 1 litre de chlore liquide correspond à 456 litres de gaz. Il se liquéfie par refroidissement et par

compression sous une pression variable avec la température 1000 kPa à 40 °C; 500 kPa à 18 °C

Chap. 8: Formulaire 3.3.5.2. Influence de la température et de la pression Chaleur latente de vaporisation

Température °C 0 10 20 30 40 50 60 J.mole-1 17,64 17,14 16,59 16,01 15,47 14,88 14,30 kJ.kg-1 249,1 242 234,1 226,1 218,2 209,8 201,5 kcal.kg-1 56,6 58,9 56,1 54,1 52,2 50,2 49,2

Tension de vapeur du chlore

Température °C -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Pression kPa 121 181 261 367 501 670 877 1127 1426 1779 2193

Le chlore est un gaz irritant et suffocant qui n'est pas corrosif à l'état pur et sec. Par contre, il est très corrosif en présence d'humidité, même légère. Il se caractérise par une réactivité élevée avec la plupart des corps simples et il est susceptible de donner lieu à des réactions explosives avec l'ammoniac, l'hydrogène, etc. Masse volumique

Figure 243. Variation de la masse volumique du chlore

3.3.6. Ammoniac Tension de vapeur de l'ammoniac liquide

Température °C Pression kPa - 31 100

0 420 10 610 20 850 30 1160 40 1570 50 1960

La législation exige des réservoirs timbrés à 2 000 kPa et essayés à 3 000 kPa.


3.3.7. Ozone

3.3.7.1. Solubilité de l'ozone dans l'eau

Figure 244. Solubilité de l'ozone dans l'eau. S = mg par litre dans 1'eau / mg par litre dans gaz porteur. 3.3.7.2. Évolution de l'ozone résiduel en fonction du pH et de la température de l'eau

Température °C pH

A 1 7,6 B 10 7,6 C 15 7,6 D 20 7,6 E 15 8,5 F 15 9,2

Chap. 8: Formulaire

3.4. LIMITES DE PRÉCIPITATION DES MÉTAUX SOUS FORME HYDROXYDE


3.5. PRINCIPAUX RÉACTIFS UTILISÉS EN TRAITEMENT D'EAU 3.5.1. Clarification

* Les densités des solides sont des densités apparentes.

Chap. 8: Formulaire

3.5.2 Acides

3.5.3. Bases


3.5.4. Désinfection

3.5.5. Réactifs de décarbonatation

Carbonate de sodium Na2CO3, 10 H2O

286 Floculation Neutralis Décarbonat

Solide Poudre blanche

99 % Na2CO3

2,53 395 g.l-1 - Basique, mais peu dangereux

. Cristallisé 19 % MgO 1,67 g.l-1 Chlorure de 203 Décarbonat. - Magnésium MgCl26H20 Magnésie MgO 40 Décarbonat(dé

siliciage) Poudre 98 % MgO Très peu

soluble(6 mg.l-1)

Utiliser la magnésie obtenue par précipitation

_ Chap. 8: Formulaire 3.5.6. Conditionnement eaux de chaudières

Désignation Masse molaire

Emploi Formes disponibles

Caractéristiques

d* Solubilité à 20 °C

Point de cristallisation °C

Observations

Phosphate 358 Conditionnement

Cristallisé 20 % P 2O5 1,52 41 g.l-1 Produit basique peu

disodique dangereux, solubilité

Na2HPO4, à 80 °C: 874 g.l-1 12 H20 Phosphate 380 Condition

- Cristallisé 20% P2O5 1,62 15 g.l-1 Solubilité à

trisodique nement 80°C:157 g.l-1 Na3PO4, 12 H20

3.5.7. Polyelectrolytes


3.5.8. Oxydants Désignation Masse

molaire Emploi Formes

disponibles

Caractéristiques

densité Solubilité à 20 'C

Point de cristallisat

ion C

Observations

Acide persulfurique H2SO5

114 Oxydant Décyanuration

Liquide 200 g.l-1 H2SO5

1,3 - 25 Produit acide, dangereux (oxygène actif 2,1%) Nom commercial: acide de CARO

Hypochlorite de sodium

voir 3.5.4.

Hypochlorite de calcium

voir 3.5.4.

Permanganate de potassium

voir 3.5.4.

Peroxyde d'hydrogène

voir 3.5.4.

3.5.9. Réducteurs

Bisulfite de sodium

84 Désoxygénation

Liquide 23 à 2596 SO2 1,32 + 3 Produit corrosif

NaHSO3 Déchloration

(300 g.l-1

Hyposulfite de Sodium Na2S2O3

118 id0 Poudre 1,2 700 g.l-1 - Produit alcalin réducteur

Sulfite de sodium Na2SO3, 7H20

252 id0. Cristallisé 48% SO2 Voir obser - Produit neutre Solubilité à: 0 °C 328 g.l-140 °C 1960 g.l-1

Sulfite de sodium anhydre Na2SO3

126 id0 Cristallisé 60 à 62 ¨% SO2

Voir obser. - Solubilité à 0 °C 125 g1 -1: 40 °C 283 g.l-1

3.5.10. Divers Acide 98 Nutriment Liquide 45 % H3PO4 1,75 - Produit acide Phosphorique 61 % H3PO4 1,72 dangereux H3PO4 Sulfate 132 Nutriment Poudre 20 à 21 % de N 1,77 Voir Solubilité d'ammonium verdàtre 23 à 24 % de S obser. 0 °C 706 g.l-1 (NH4)2SO4 100 °C 1040 g.l-1

Chap. 8: Formulaire


Emploi Formes disponibles

Caractéristiques

densité Solubilité à

20°C

Point de cristallisati

on °C

Observations

Phoshate 132 Nutriment Solide 40% de N Voir Solubilité: diammonique (poudre) obser, e à 10 °C 575 g.l-1 (NH4)HPO4 à 70 °C 1060 g.l-1 Carbonate de calcium CaCO3

100 Minéralis Neutralis. Traitement des boues

Cristallisé 2,70 14 mg.l-1 Produit inoffensif Utilisé en suspension

Bicarbonate de sodium NaHCO3

84 Réajustement des titres

Poudre cristalline

99,7% 2,22 96 mg.l-1 Produit inoffensif Densité apparente par tassement: 0,9 à 1,4

Chlorure de sodium NaCI(sel marin)

58,5 Adoucissement (régénérat)

Cristallisé Granulés pastilles

97% NaCI 2,16 300 g.l-1 Produit non dangereux

Fluorure de sodium Na F

42 Fluoration de l'eau

Poudre cristallisée blanche

43 g.l-1 Produit dangereux corrosif

Acide citrique C6H8O7

192 Lavage membranes osmose

Poudre cristalline blanche ou cristaux incolores

1,52 Très soluble

Produit acide peu dangereux

3.5.11. Gaz


Emploi Aspect Densité par rapport à l'air

Liquéfaction à la pression

atmosphérique °C

Observations

Anhydride sulfureux SO2

64 Déchroma tation Réduction

Gaz incolore 2,264 -10 Gaz très irritant

Ammoniac NH3 17 Condition.

Déminéral Gaz incolore 0,597 - 33 Gaz très irritant soluble

dans l'eau, 33 % en poids à 20 °C

. Chlore C12 70,9 Oxydation

Désinfection Gaz de couleur jaune verdâtre

2,49 - 34 Gaz très irritant solubilité dans l'eau: 7,3 g.l-1 à 20 °C

Gaz carbonique CO2 44 Minéralis. Gaz incolore 1,96 - 78 Doit être de qualité

alimentaire pour être utilisé en eau potable

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