Eau, dissolution, concrétion Mots clés : Erosion, dissolution, concrétion. Surveillance et lutte contre les pollutions. Ressources minérales dans les océans. Objectifs : connaître les formes du calcium, lier avec les ions contenant du carbone

1. Mise en perspective : géologie. 1. Question ; quel élément chimique est caché

derrière ces mot-clé ? Coup de pouce : on donne d’abord les éléments de vocabulaire autour de cet élément chimique : calcaire, calcium, carbonate de calcium.

2. Donner une idée du cycle de cet élément chimique dans la biosphère, à partir des documents.

3. Dans cette représentation placer les mots : tartre, précipité…

2. Expérience simple : dissolution du calcaire 4. Les documents montrent que les eaux de ruissellement dissolvent le calcaire, comment

illustrer au laboratoire cette dissolution. Comment la rendre plus rapide, plus efficace ?

3. Manipulation : mise en évidence du calcaire dans le sable de la plage de la Terrière (85).

� Observer le sable à la loupe binoculaire identifier silice, silex, et des grains sombres ou jaunes.

� Verser une micro goutte d’acide chlorhydrique sur le sable

5. Observer, 6. Conclure. 7. . Quel produit de cette dissolution est gazeux. 8. Proposer une traduction de cette réaction en français, et sous forme d’équation bilan.

4. Recherche personnelle, conclusion. 9. Pour sa semaine à venir préparer un court paragraphe sur le rôle de l’eau dans la formation

du sable. Prévoir d’envisager les aspects mécanique et chimique. 10. Vues la formation, la formule du calcaire quel lien entre les cycles du carbone et du calcium ? 11. Tenter une représentation de ces deux cycles. 12. Justifier le rôle de piège à carbone des roches calcaires et des océans.

L’équilibre des différentes formes du carbone doit être gardé pour plus tard dans un autre tp.

5. Méthode de mesure du taux de calcaire dans un sol, découverte. 13. Proposer une méthode de test qualitatif de la présence de calcaire dans un sol. 14. Comment rendre cette méthode quantitative ? 15. Donner une définition possible pour le taux de calcaire d’un sol.

6. Manipulation, mesure du taux de calcaire du sable ; Schéma du montage : Au lycée, un flacon à gaz est empli de 50mL d’acide chlorhydrique concentré (lunettes, gants), on introduit une masse de sable pesé dans une poche de papier absorbant. On ferme vite, le gaz est recueilli dans un tube par déplacement d’eau.

7. Exploitation des mesures Rappel le volume d’une mole de gaz dans les conditions normales de température est 24L/mol. Le volume de CO2 dégagé est V=______mL.

16. En déduire le nombre de mol de CO2. 17. Montrer que le nombre de mol de dioxyde de carbone correspond au nombre de mol de

calcaire. 18. La masse molaire du calcaire est 100g/mol, en déduire la masse de calcaire. 19. Calculer le taux de calcaire, c'est-à-dire le pourcentage en masse.

Eau, d

Corrigé

1. Géologie

1. L’élément chimique est le calcium

le calcaire ou carbonate de calcium CaCO

ionique. Un arrangement régulier d

Précision : le 3 est là pour latomique.

Une représentation du cristal de calcaire.2. Le cycle du calcium Le calcaire est formé dans l’eau par les

CaCOHCOCa 32 2 =+ −+

La réaction inverse participe de lsoit naturellement soit après lessivage d

Une autre illustration est le précipité (trouble) de l

simplifiée + + COCa 2

2

précipité.

La version anglophone : Calcium carbonate will react with water that is saturated with carbon dioxide to form the soluble calcium bicarbonate

CaCO3 + CO2 + H2O

This reaction is important in the hard water in many regions.

3. Le tartre, dentaire ou non est un 4. Pour accélérer la réaction chimique, force est d

concentration des solutions en réactifs

2. Calcaire dans le sable vendéen.5. Observation On voit des grains vitreux (silice) des grains noirs

silex ? La forme des grains tient à leur dureté, plus la roche est anguleuse plus elle est dure.

Eau, d issolution, concrétion

8. Prolongement : le grèsdu sable Falaise de grès de la plage d’AEstremadura, Portugal. Le grès est le résultat de la cimentation de grains de sable, c’est une roche détritique Une roche détritique contient au moins 50% de débrou d’organisme vivants.

élément chimique est le calcium Ca4020 il est un composant des roches sédimentaires dans

le calcaire ou carbonate de calcium CaCO3. Il ne s’agit pas d’une molécule, plutô

ionique. Un arrangement régulier d’ions de signe opposés : l’ion carbonate

le 3 est là pour l’élément oxygène, le 2- est la charge globale de l

Une représentation du cristal de calcaire.

eau par les foraminifères, qui réalisent la réaction

OHCOCaCO 223 ++

La réaction inverse participe de l’érosion, le calcium retourne en solution. Les eauxt naturellement soit après lessivage d’effluents industriels, on parle de pluies acides.

illustration est le précipité (trouble) de l’eau de chaux, qui correspond à la réaction ++=+ HCaCOOH 232 le calcaire solide apparait comme un

Calcium carbonate will react with water that is saturated with carbon calcium bicarbonate.

O → Ca(HCO3)2

This reaction is important in the erosion of carbonate rocks, forming caverns

e, dentaire ou non est un précipité de carbonate de calcium. Pour accélérer la réaction chimique, force est d’utiliser une solution d’acide concentrée, la

des solutions en réactifs est un facteur cinétique.

dans le sable vendéen.

des grains vitreux (silice) des grains noirs ?, des grains jaunes (cacaire) des grains bruns forme des grains tient à leur dureté, plus la roche est anguleuse plus elle est dure.

e grès, devenir

’Almagreira, Péniche

Le grès est le résultat de la cimentation de grains de détritique Une roche détritique

contient au moins 50% de débris, issus de l’érosion

il est un composant des roches sédimentaires dans

une molécule, plutôt d’un cristal

ion carbonate −2

3CO .

est la charge globale de l’ion poly

foraminifères, qui réalisent la réaction

érosion, le calcium retourne en solution. Les eaux sont acides , on parle de pluies acides.

eau de chaux, qui correspond à la réaction

le calcaire solide apparait comme un

Calcium carbonate will react with water that is saturated with carbon

caverns, and leads to

acide concentrée, la

, des grains jaunes (cacaire) des grains bruns forme des grains tient à leur dureté, plus la roche est anguleuse plus elle est dure.

Eau, dissolution, concrétion � Action des ions H3O+

Les ions oxonium réagissent avec le calcaire mais pas avec le quartz et autres matériaux siliceux. On voit donc des grains isolés danser sur une mousse de bulles de dioxyde de carbone.

6. Conclusion le sable est brassé mécaniquement les grains se frottent, et l’eau dissous le calcaire, la part de matériau dur, et insoluble augmente.

7. Le produit est le dioxyde de carbone, forme gazeuse du carbone, présent à raison de 0,03% dans l’atmosphère et atome central des édifices vivants.

8. Le calcaire réagit avec les ions oxonium pour donner de l’eau, du dioxyde de carbone gazeux et des ions calcium.

OHCOCaOHCaCO 222

33 32 ++=+ ++

La réaction a servit aussi à lutter contre l’acidification des eaux, par addition de calcaire (en anglais liming).

9. Au boulot

10. Les cycles du carbone et du calcium se touchent avec les composés : calcaire 3CaCO ,

Bicarbonate de calcium 23 )(HCOCa ,

11. Balèze 12. Les roches calcaires immobilisent le carbone dans la structure, donc il n’est pas dans

l’atmosphère sous forme gazeuse.

3. Taux de calcaire d’un sol. 13. On verse de l’acide, si cela bulle a priori c’est du CO2 donc le calcaire est présent. 14. On mesure le volume de gaz produit en rapport avec la masse de terre, (sable). 15. Le taux de calcaire peut être le rapport masse de calcaire sur masse totale, sans unité, en %.

4. Manipulation quantitative Il est nécessaire que l’acide soit en excès pour que tout le calcaire réagisse.

Calcul du nombre de mol, exemple ; µmolL

L

V

Vn

molaire

52024

10.13 3

===−

Calcul de la masse de calcaire .52100.10.520. 6 mgMnm === − On peut aussi utiliser le tableau de proportionnalité Masse de calcaire Volume de CO2 Nombre de mol 0,1g 24mL 1 mmol

Le pourcentage massique est le rapport %52

1,0% ===

g

g

emassetotal

calcairedemasseeagemassiqu