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Proposé par : Pr. HAZOURLI République Algérienne Démocratique et Populaire Univ

Proposé par : Pr. HAZOURLI République Algérienne Démocratique et Populaire Université Badji-Mokhtar Faculté des Sciences Département de chimie L’essentiel du Cours « Paramètres UEF12 » Adressé aux Masters I Option : chimie analytique Semestre 3 / 2020 Intitulé de la matière : Paramètres physico-chimiques d’analyses Code : UEF12 Unité d’Enseignement : Méthodologie Enseignant responsable de la matière : Pr. HAZOURLI Nombre d’heures d’enseignement : Cours : 22,5h TP : 22,5h TD : 0 Nombre d’heures de travail personnel pour l’étudiant : 22,5h Nombre de crédits : 5 Coefficients : 2 Objectifs de l’enseignement : L’étudiant doit maîtriser les techniques d’analyses de paramètres physico-chimiques au service de l’analyse des eaux/sols/boues Connaissances préalables recommandées : chimie analytique de base Contenu de la matière : Utiliser les techniques d’analyses acquises en chimie analytique pour les milieux aqueux, gaz et solide pour analyser un certains nombre de paramètres comme les Paramètres organoleptiques : odeur, saveur, turbidité… Paramètres chimiques : TH, TA, TAC, Chlorures, carbone organique, DCO, DBO, MES….Paramètres indésirables : Nitrates, nitrites….Paramètres toxiques : Métaux lourds, Paramètres pesticides. Le choix de la technique d’analyse volumétrique, spectrale, électrochimique ou chromatographique, pour tel ou autre paramètre doit être justifié pour un milieu ou matrice donnée. Mode d’évaluation : Note Examen (50%) ; Note Tp (50%) Généralités sur l’Eau / Solution Aqueuse L’eau c’est la vie: Tout ce qui est vivant exige de l’eau; tous les organismes sont des systèmes chimiques en phase aqueuse. La matière non vivante: sucre, café, farine, produit chimique, etc. (appelé Soluté) ajoutée à l’eau (appelé Solvant) forme une solution. Cette Solution peut être : • Solution Vraie Moléculaire (Eau+HCl ; ionique (Eau+ NaCl) Le liquide intracellulaire contient : K+, Mg2+, Cl-, HPO42-, H2PO4-, des protéines, etc. et sa pression osmotique correspond à une solution de NaCl à 0,9 % (masse/volume), correspondant à une concentration de 0,155M. Cette solution est appelée “isotonique” ou sérum physiologique .Placée dans une solution isotonique la cellule n’est pas affectée par contre dans une solution concentrée elle dessèche. * Solution Colloïdale ( Lait ; sang etc.) * Solution Complexe (Eau + plusieurs solutés) La solution peut être Homogène (Soluté entièrement soluble dans le Solvant : Sucre/Eau) ou bien la solution peut être Hétérogène (Soluté insoluble dans le Solvant : Urine (Sels de calcium et d’ammonium/Eau) Océans et mers 97 % 1,3 . 109 km3 Glaciers et calottes glaciaires 2,1 % 29,5 . 106 km3 Eau douce et liquide 0,8 % 8,5 . 106 km3 peu d’éléments résistent à son pouvoir de « SOLVANT UNIVERSEL » C’est la raison pour laquelle on trouve très peu d’eau pure dans la planète L’eau est un composé chimique qui résulte de la combinaison de deux atomes d’hydrogène, H H et d’un atome d’oxygène O pour former la molécule « H2O ». H O H H2 + + O2 - - = H2O Les deux atomes d’hydrogène sont situés sous un angle de 105°. 105 ° Cela forme une molécule dissymétrique chargée positivement du côté de l’hydrogène , et négativement du côté de l’oxygène. Généralités 1/3 Solution Aqueuse (Solvant Eau) Polarité de la molécule d’eau : L’oxygène étant beaucoup plus électronégatif que l’hydrogène, le doublet d'électrons de chaque liaison O-H se déplace donc vers l'atome d'oxygène. Cela se traduit par un excédent de charges négatives sur l’atome d'oxygène (d’où l’apparition de 2 charges négatives partielles notées d-) et un déficit sur l’atome d’hydrogène (d’où l’apparition de 2 charges positives partielle notées d+, la molécule étant électriquement neutre). On dit que les deux liaisons O-H sont polarisées. Du fait de sa géométrie coudée, le barycentre des charges partielles positives ne coïncide pas avec celui des charges partielles négatives (en vert sur le schéma). La molécule d'eau est donc polaire (on dit aussi dipolaire). Elle constitue un dipôle électrique permanent (un dipôle électrique étant l’ensemble de deux charges égales et de signes contraires à une distance fixe l’une de l’autre). Cela explique qu'elle soit un bon solvant pour les électrolytes solides, liquides ou gazeux (ex : pour les molécules polaires comme HCl ou pour les solides ioniques cristallins comme le sel). En effet, l'eau peut dissoudre tous les solides ioniques cristallins, conduisant à des solutions comportant des ions solvates. L'eau est un composé thermiquement stable. A partir de 3000°C, elle peut se dissocier selon l'équation : H2O(g) -> H2(g) + 1/2 O2(g). C'est une transformation endothermique. Cette dissociation peut également se produire sous l'effet d'un rayonnement électromagnétique. Pour qu'une liaison O-H soit rompue, il faut fournir une énergie au moins égale à l'énergie de liaison DO-H soit 461,6 kJ.mol-1. Calculons l'énergie nécessaire à un photon pour casser la liaison O-H : On peut maintenant en déduire la longueur d'onde de ce photon en appliquant la relation de Planck : Environ 259 nm (rayonnement U.V). La vapeur d'eau peut donc être dissociée par le rayonnement U.V solaire dans les couches supérieures de l'atmosphère terrestre. On verra que cette propriété peut expliquer l'absence d'eau sur certaine planètes du système solaire. Diagramme de phase de l'eau (t, p ) (non à l'échelle) Le diagramme de phase de l’eau illustre les domaines de température et de pression où l'eau se trouve à l'état gazeux, liquide et solide. Le diagramme des phases de l'eau montre que le point triple correspond à une température de 0,01°C et une pression de 6,15 hectopascals soit 6,15.10-3 bar (1 bar = 105 pascals). En dessous du point triple, l'eau ne peut pas exister sous forme liquide. La courbe de changement de phase liquide-vapeur (appelée courbe de vaporisation) est limitée supérieurement en un point appelé point critique. Au delà de ce point, l'eau devient un fluide supercritique qui possède la propriété de dissoudre des substances insolubles dans l'eau en dessous du point critique.La pente de la courbe de fusion (changement de phase liquide-solide) est négative dans un large domaine de pression pour une température proche de celle du point triple. Cela explique qu'une augmentation de la pression favorise la fusion de la glace. Organisation des molécules d’eau : Les liaisons hydrogène, qui s’établissent entre les molécules de l’eau en solution, créent une organisation bien structurée. L'organisation est encore plus régulière dans la glace. L’eau liquide a une structure partiellement ordonné e dans laquelle les agrégats de molécules d’eau liées par liaisons hydrogène sont constamment et rapidement détruits et réorganisés. Dans l’eau liquide chaque molécule est liée à 3.4 molécules d’eau voisines. La glace a une structure cristalline très régulière dans laquelle toutes les liaisons hydrogène possibles sont réalisées. Chaque molécule est alors liée aux 4 molécules d’eau voisines. Propriétés chimiques Formule brute H2O Masse molaire[2] 18,0153 ± 0,0004 g·mol−1 H 11,19 %, O 88,81 %, 18 g·mol-1 pKa 15.74 Propriétés physiques T° fusion 0 °C T° ébullition 100 °C, 100,02 °C ± 0.04 Masse volumique 1 g·cm-3 à 4 °C Viscosité dynamique 1,002 10-3 Pa·s à 20 °C 0,547 10-3 Pa·s à 50 °C 0,2818 10-3 Pa·s à 100 °C Point critique 374,15 °C 22,12 MPa Point triple 0,01 °C 611 Pa Conductivité thermique 0,6 W·m-1·K-1 à 20 °C Vitesse du son 1 497 m·s-1 à 25 °C Thermochimie Cp 4 185,5 J·kg-1·K-1 à 15 °C et 101,325 kPa Propriétés optiques Indice de réfraction 1.33 Écotoxicologie DL50 > 90 ml·kg-1 (rat, oral) Autres propriétés Différents types d’eaux Eau potable : Provient d’eaux souterraines ou d’eaux de surface et doit subir des traitements physico-chimiques Eaux résiduaires domestiques Eaux minérales: composition stable en minéraux; possède des propriétés thérapeutiques Eaux de sources: d’origine souterraine, ne subit aucun traitement; Eaux résiduaires Industrielles Eaux résiduaires Urbaines Métallurgie Pharmacologie Agro- alimentaires MATIERES INSOLUBLES GAZ MATIERES SOLUBLES minérales organiques minérales organiques colloïdales Micro organismes animal végétal minérales organiques Composition de L’eau 1) Identité du préleveur. 2) Date et heure du prélèvement. 3) Particulier ou autorité demandant l’analyse. 4) Motif de la demande d’analyse (analyse initiale ou contrôle périodique, pollution, intoxication, épidémie, etc.) et usages de l’eau (boisson, lavage, abreuvage, incendie, industrie, etc.). 5) Nom du point d’eau et localisation précise. 6) Origine de l’eau (source, puits, forage, rivière, lac, barrage, citerne, etc.). Aspect particulier (couleur, débris, irisation, odeur, etc.). 7) Température de l’eau à l’émergence et celle de l’atmosphère au moment du prélèvement. Conditions météorologiques du moment (précipitations, vent, pression atmosphérique, etc.). 8) Débit approximatif à la minute ou à la seconde. Dans le cas d’une nappe souterraine, préciser la profondeur et l’épaisseur de cette nappe 9) Nature géologique des terrains traversés, aspect du milieu naturel. 10) Causes de souillures permanentes ou accidentelles auxquelles l’eau paraît exposée (établissement agricole ou industriel, rejet de ville ou d’usine, puits perdu, cimetière, etc.). Renseignements à fournir pour une analyse de l’eau Principaux paramètres d’analyse d’une eau (surface) 1. Introduction L’appréciation de la qualité des eaux de surface se base sur la mesure de paramètres physico-chimiques ainsi que sur la présence ou l’absence d’organismes et de micro- organismes aquatiques, indicateurs d’une plus ou moins bonne qualité de l’eau. Ces données peuvent être complétées par l’analyse des sédiments (boues), qui constituent une “mémoire” de la vie de la rivière oued ou autre collecteur d’eau, notamment la pollution uploads/Management/ coursparametremasteri-chimanalyt.pdf