Précis de Physique Chimie de l'Eau Cliquez sur début Quitter H. R.

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1 Précis de Physique Chimie de l'Eau Cliquez sur début Quitter H. R.

2 La Chimie ( Généralités )
L'atome est composé de 3 particules, les Protons (+) et les Neutrons (neutre) composent le noyau, les Electrons (-) gravitent autour du noyau. Il existe 103 atomes différents qui sont classés dans les diverses familles dans le tableau périodique (diapo 24). Il y a un nombre défini de couches d'électrons, la première couche peut comporter 2 électrons, la deuxième couche 8 électrons etc. Etant donné l'extrême petitesse des atomes , on pourrait aligner entre 2 et 10 millions d'atomes sur un millimètre ; on a calculé le nombre N de l'atome le plus léger pour faire 1 gramme ; il faut (6,02 x 1023) atomes, c'est le nombre d'AVOGADRO. Il faut toujours ce même nombre d'atomes pour faire 12 g de Carbone, 16 g d'Oxygène etc. Molécule-Gramme ou Molécule Certains atomes cherchent à compléter leur couche d'électrons extérieure, d'autres atomes sont disposés à céder leur(s) électron(s), ils s'associent ainsi par affinité et forment les Molécules. Loi de LAVOISIER : La masse d'un composé est égal à la somme de ses composants. Pour favoriser la rencontre de certains atomes on utilise des Catalyseurs (entremetteurs), ou bien on crée des conditions de température ou de pression adéquates. Retour Suite

3 Suite La Valence Précéd.
Les réactions des atomes se font en fonction des affinités entre donneurs et receveurs Chlore Cl- réagit avec 1 Hydrogène H+ pour former de l'Acide Chlorhydrique HCl Le Chlore est Monovalent 1 Oxygène O- réagit avec 2 Hydrogènes H+ pour former de l'eau H2O L'Oxygène est Bivalent Ainsi le Phosphore est Trivalent car il réagit avec 3 H pour former du PH3 Le Carbone est Tétravalent car il réagit avec 4 H pour former du CH4 Quelques Valences : Représentation : Monovalents : Métalloïdes : Fluor F Chlore Cl 35,5 Brome Br Iode I 127 Métaux : Potassium K Sodium Na 23 Bivalent : Métalloïdes : Oxygène O 16 Sélénium Se 79 Métaux : Calcium Ca Magnésium Mg Fer Fe 56 Trivalent : Métalloïdes : Azote N Phosphore P Arsenic As 75 Métaux : Etain Sn Cuivre Cu Aluminium Al 27 Tétravalent : Métalloïdes : Carbone C Souffre S Silicium Si 28 Métaux : Mercure Hg Argent Ag Or Au Platine Pt 195 Précéd. Suite

4 Suite Les Radicaux Le Volume molaire ( Loi d'Avogadro – Ampère)
Il y a des groupes d'atomes qui se comportent dans les réactions chimiques comme des corps simples, on peut leurs assimiler une valence. L'Oxhydryle OH composé d'Oxygène et d' Hydrogène est Monovalent, car il se combine avec 1 H pour former H20 (eau). Le sulfate SO4 composé d'un Souffre et de 4 Oxygènes est Bivalent, car il se combine avec 2 H pour former du H2 SO4 ( Acide sulfurique) Le Phosphate PO4 composé de Phosphore et de 4 Oxygènes est Trivalent car il se combine avec 3 Na pour former du PO4 Na3 (Phosphate trisodique) Le Volume molaire ( Loi d'Avogadro – Ampère) La molécule gramme est aussi appelée Mole, ce terme est utilisé pour les volumes molaires. Dans des conditions identiques de température et de pression, les moles gazeuses occupent toutes le même volume, soit 22,4 litres. C0 (12+16) g d' Oxyde de Carbone CO2 ( ) 44 g de Gaz carbonique O2 (16+16) g d' Oxygène N2 (14+14) g d'Azote CH4 (12+4) g de Méthane C3H8 (36 + 8) g de Propane C4H10 (48+10) 58 g de Butane L'air n'est pas une molécule mais un mélange de 21% d'Oxygène, de 78% d'azote + gaz rares, sa masse établie par calcul est de 29 g pour 22,4 litres ; on peut ainsi comparer les masses volumiques des gaz par rapport à l'air… Précéd. Suite

5 Suite Chimie de l'eau Sels et dureté Précéd.
L'eau distillée ou déminéralisée est une eau très pure, elle est un isolant électrique avec une résistivité de plusieurs millions d'Ohms. C'est les sels dissous dans l'eau qui la rendent conductrice. Certaines eau de source ne contiennent pas assez de sels minéraux et sont de ce fait indigestes. L'eau est avide de tout et se minéralise rapidement, les poussières atmosphériques minéralisent faiblement l'eau de pluie. Sels et dureté La salinité de l'eau est donnée en degrés de dureté, le TH " Titre Hydrotimétrique", la valeur actuelle de la nappe phréatique en Alsace se situe vers 26°F (Français) 15° DIN le rapport entre les deux est de 1,75. La basicité ou l'acidité de l'eau est donnée par le PH " Potentiel Hydrogène", en général le PH est en équilibre et se situe autour de '7' (Neutre), l'échelle va de '0' (Acide) à '14' (Base). Les principaux sels dissous dans l'eau sont : Le Sodium (Na) , Le Calcium (Ca) et Le Magnésium (Mg) on trouve également des traces de Fer, d'Arsenic, de Cuivre de Silice (Sable) Ces sels n'existent pas à l'état pur dans l'eau, ils sont combinés sous les formes suivantes : Carbonates 65% ( peu incrustants) Na2C03 - CaCO3 - MgCO3 Sulfates (25 à 28%) (incrustants) Na2SO4 - CaSO4 - MgSO4 Nitrates (3 à 7%) (très incrustants) Na2NO3 - CaNO3 - MgNO3 Chlorures (2 à 3%) (solubles) NaCl CaCl MgCl2 Précéd. Suite

6 Suite Théorie des Ions Régénération des résines Précéd.
Les molécules sont composés de plusieurs atomes, que l'on peut dissocier en petits groupes ayant une polarité, par exemple : le CO3Ca (Carbonate de Calcium) peut être dissocié en CO3-- et en Ca++, le SO4Mg (sulfate de Magnésium) peut être dissocié en SO4-- et Mg++, ces groupes d'atomes sont des Anions (-) et des Cations (+). Les chercheurs ont découvert un minéral "la Zéolithe" qui selon le PH du milieu, pouvait permuter et agglomérer certains ions, puis quand le PH changeait, inversait le processus de fixation des Ions. C'est sur ce principe que des résines de synthèse ont été crées ; des échangeurs de Cations faibles pour fixer les sels Na+, Ca++ et Mg++ liés aux Carbonates, des Cations forts pour fixer les sels de Na+, Ca++ et Mg++ liés aux sulfates, aux Nitrates et au Chlorures ; des Anions pour fixer les SO4--, les NO3– les Cl- ainsi que la silice (sable microscopique). Régénération des résines Les résines 'Cations' sont préalablement saturés en H+ dans une concentration d'acide Chlorhydrique HCl ou d'acide Sulfurique H2SO4 Les résines 'Cations faibles' (Carboxyliques) sont régénérés à une concentration d'acide plus faible que les résines 'Cations forts'. Les résines 'Anions' sont préalablement saturés en OH- dans une préparation à base de Soude caustique NaOH Précéd. Suite

7 Suite Déminéralisation Précéd.
La déminéralisation va se faire en plusieurs phases ; en premier lieu on va fixer les sels liés aux carbonates 'la décarbonatation', puis on élimine le CO2 libre, ensuite on fixe les sels liés aux chlorures, sulfates et nitrates puis enfin ces derniers sels. L'eau brute pré filtrée, va traverser un lit de résines 'Cations faibles' qui vont permuter les sels de carbonate : Na2CO3 permute ( 2Na+ avec 2H+ ) NaCO3H H2O + CO2 MgCO3 permute ( Mg++ avec 2H+ ) H2CO H2O + CO2 CaCO3 permute ( Ca++ avec 2H+ ) H2CO H2O + CO2 Le CO2 est éliminé mécaniquement par ruissellement de l'eau sur des anneaux avec un ventilateur qui envoi de l'air à contre courant. L'eau décarbonatée traverse ensuite le lit des 'Cations forts' qui vont permuter les H+ avec les Na+, Ca++, Mg++ liés aux Chlorures, Sulfates et Nitrates en donnant naissance à trois acides. NaCl permute ( Na+ avec H+ ) HCl CaCl2 permute ( Ca++ avec 2H+ ) HCl MgCl2 permute ( Mg++ avec 2H+ ) HCl Acide Chlorhydrique Précéd. Suite

8 Suite Déminéralisation (suite) Précéd.
Na2SO4 permute (2Na+ avec 2H+ ) H2SO4 CaSO4 permute ( Ca++ avec 2H+ ) H2SO4 MgSO4 permute ( Mg++avec 2H+ ) H2SO4 Acide Sulfurique Na2NO3 permute (2Na+ avec 2H+ ) H2NO3 CaNO3 permute ( Ca++ avec 2H+ ) H2NO3 MgNO3 permute ( Mg++avec 2H+ ) H2NO3 Acide Nitrique L'eau est finie d'être déminéralisée en traversant un lit de résines 'Anions' qui vont permuter les ions OH- avec les Cl-, les SO4-- , et les NO3-- en créant de l'eau. HCl permute (Cl- avec OH- ) H2O H2SO4 permute (SO4-- avec 2OH- ) H2O = Eau H2NO3 permute (NO3-- avec 2OH- ) H2O Un résistivimètre contrôle la qualité de l'eau en sortie de chaîne de déminéralisation. Le cycle de production bascule sur le cycle de régénération dès que l'on atteint le seuil de résistance qui correspond à la pureté limite de l'eau. Précéd. Suite

9 Le tableau des Eléments
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