VII. HYDROTIMÉTRIE

PriBieîpe de la métlaode. — Les eaux employées à l’alimentalion ou aux usages domestiques doivent remplir certaines conditions : l’analyse chimique d’une part, l’analyse bactériologique de l’autre, permettent de reconnaître et do doser les différentes substances ou les différents organismes qui se trouvent dans une eau et d’affirmer si clic remplit ou non ces conditions, l.a recherche des bactéries doit toujours être effectuée, mais quand on a simplement en vue de décider si une eau déterminée est potable ou susceptible d’être employée pour le savonnage, l’alimentation des chaudières, etc., on peut remplacer souvent l’analyse complète par un essai dit essai hydroHmétriqiie, suffisant pour s’assurer que les conditions requises sont remplies.

Les nombreuses analyses d’eaux qui ont été effectuées ont conduit à reconnaître que le nombre des substances minérales capables d’exercer une influence réelle sur la qualité des eaux est fort restreint et que pratiquement il se réduit aux sels de magnésie et de chaux. Aussi ce sont là les substances dont il importe d’évaluer la proportion dans une eau déterminée.

C’est à Clarke qu’on doit les premiers essais hydrotimétriques. Sa méthode, qu'on n’a fait que perfectionner depuis, repose sur la propriété que possède le saven de rendre l’eau mousseuse quand elle est pure, et de ne produire de mousse dans les eaux chargées de sels terreux et particulièrement de sels à bases de chaux et de magnésie, qu’autant que ces sels ont été décomposés par une portion équivalente de savon et qu’il reste un petit excès de celui-ci dans la liqueur. La dureté d’une eau étant proportionnelle à la quantité de sels terreux qu’elle contient, le volume de teinture alcoolique de savon nécessaire pour y produire de la mousse peut donner la mesure de sa dureté.

MÉTHODE DE BOUTBON ET EOUDET. — Tel est le principe de la méthode qui a surtout été développée par MM. Boutron et Boudet, et qui dans leurs mains a acquis une précision telle qu’elle peut remplacer, au point de vue spécial des eaux potables, l’analyse chimique ordinaire si longue et si délicate. Voici les indications fournies par ces savants, relativement à la' manière d’opérer.

Tout d'abord il est facile de saisir le moment où la substance ayant été neutralisée, le savon est en excès; en effet il est aisé de constater que si l’on verse dans 40 centimètres cubes d’eau distillée quelques gouttes de teinture alcoolique de savon et qu’on agite le mélange, il se forme aussitôt à la surface du liquide une couche de mousse légère et persistante. Si au contraire on prend une eau contenant des sels de chaux et de magnésie, on constate qu’il faut ajouter une certaine quantité de teinture de savon, et dès que ces bases sont saturées la mousse apparaît. Le phénomène est très net et si facile à saisir que la dissolution alcoolique du savon peut être considérée comme un réactif extrêmement sensible pour déceler et doser les sels calcaires et magnésiens dans les eaux de source ou de rivière.

Mais les savons ayant une composition très variable, on conçoit qu’il faut titrer la liqueur d’épreuve. Le procédé auquel MM. Boutron et Boudet se sont

arrêtés, ^consiste à lUiliser précisément la neutralisation d’un poids déterminé d’un sel de chaux. \ ceteffet, on prépare une dissolution contenant ou 05,25

de chlorure de calcium pur, fondu, par litre d’eau distillée.

D’autre part, la liqueur de savon s’oblient en pesant:

Savon blanc de Marseille . 100 grammes.

.\lcool à 90" . 1600 —

On dissout le savon dans l'alcool en chauffant jusqu’à l'ébullition, on filtre pour séparer les malières insolubles, et on ajoute à la dissolution filtrée l litre d’eau distillée. On obtient ainsi 2.700 grammes d’une liqueur qui a sen^blemeni toujours la môme composition.

Fig. 79, Fig. 79 bis.

Le titrage s’elî'eclue au moyen d’une burette spéciale représentée par la figure 79 et telle qu’une capacité de 2“,4 prise à partir d’un trait circulaire tracé au sommet se trouve divisée en 23 parties égales. Le zéro est marqué après la première^division, en sorte que le trait qui correspond à 2", 4 à partir du trait circulaire, porte le n°22; la graduation se continue d’ailleurs plus bas de la même manière jusqu’à 57. La raison qui a fait placer le zéro à une division audessous du trait circulaire, est que le volume de liquide normal contenu dans une division est précisément celui qui est nécessaire pour communiquer à la quantité

d’eau sur laquelle on opère (40" = ^ de litre), la propriété de mousser si elle

est pure. Ce n’est donc qu’à partir de ce moment qu’il convient de compter la liqueur de savon comme servant à la neutralisation des bases terreuses.

A cette burette on adjoint, pour les essais, un flacon bouché à l’émeri (fig.79bw),

de 60 à 80 centimètres cubes de capacité, jaugé à 40 centimètres cubes par un trait circulaire.

La liqueur d’épreuve, ou liqueur normale, doit être telle que les 23 divisions comprises entre le trait circulaire supérieur et la division 22 soient rigoureusement nécessaires pour produire une mousse persistante dans 40 centimètres cubes de chlorure de calcium à l’ouï- la titrer on prend donc 40 centimètres cubes de liqueur calcaire normale dans le flacon, et on détermine la quantité de teinture de savon mesurée avec la burette qu’il faut verser pour obtenir par l’agitation une mousse persistante. En général il faut un nombre de divisions différent de 22; supposons que ce soit 2t, on calcule facilement la quantité d’eau qu’il y a lieu à ajouter à la teinture, en admettant qu’il faut environ ^ d’eau pour modifier le titre, d’une division do la burette; donc ici on

ajoutera ~ du volume primitif. Comme cette hypothèse n’est qu’approchée, ou fera un nouvel essai suivi, s’il y a lieu, d’une correction nouvelle.

La liqueur normale ainsi obtenue correspond, pour 22 divisionsdelaburette, à ^^^ = 06,00143 de chlorure de calcium, c’est-à-dire que pour chaque division de la burette ajoutée dans les 40 centimètres cubes de notre eau, 1 litre de cette

eau, contient une quantité de bases terreuses équivalente à - — — - =0,0114

de chlorure de calcium; comme on peut apprécier facilement ^ division, l’erreur commise par litre est seulement -- = 0,0037. On en conclut que la méthode est exacte à 5 ou 6 milligrammes près.

D’autre part, si pour neutraliser 40 centimètres cubes de liqueur calcaire normale, il faut 2“', 4 de teinture de savon, pour 1 litre il en faudra 2,4 x 23; or 2700 grammes de teinture alcoolique contiennent 100 grammes de savon, soit donc 2,4 x 23 centimètres cubes en contiendront ^ x 2,4 x 23, en admettant que la teinture alcoolique ait pour densité 1, nombre évidemment trop fort. 1 division de la burette ajoutée dans un essai de 40 centimètres cubes d'une eau indique donc qu’un litre de la môme eau exigera pour être saturée ^ X — 0‘,098 c’est-à-dire sensiblement 1 décigramme, en tenant

compte de la variation de densité.

Il résulte de ceci que le nombre de divisions de liqueur normale de savon employé dans l’essai d’une eau donnera le nombre de décigrammes de savon qu’il faudra ajouter à cette eau pour obtenir une mousse persistante. Et comme es eaux contiennent non seulement de la chaux, mais de la magnésie, le résultat sera exprimé en chaux équivalente à la somme des deux oxydes.

Supposons qu’une eau ait donné 20 à l’hydrotimèlre, cela indiquera:

1° Le numéro d’ordre que l’eau examinée occuperait dans une classification méthodique où l'eau pure serait représentée par 0 degré;

2“ La proportion de chlorure de calcium équivalente aux sels de chaux et de magnésie contenus dans 1 litre de cette eau, soit 0,0114 x 20 = 0s,228;

3° La proportion do savon que neutraliserait 1 litre de cette eau, soit 20 décigrammes.

Cliauv. — Magnésie. — L’analyse hydrotimétrique permet d’aller plus loin et de déterminer la quantité totale do chaux, celle de magnésie, enfin la proportion de sels de chaux qui se précipite par l’ébullition.

A cet effet, après avoir déterminé le titre hydrotimétrique, comme noms l’avons indiqué, on précipite totalement la chaux par l’oxalate d’ammoniaque, on filtre, et dans la liqueur obtenue on prend de nouveau le titre hydrotimétrique qui correspond à la magnésie; par différence on a la quantité de chaux précipitée.

Cavbonate de clianx. — D’autre part on soumet une nouvelle portion de 40 centimètres cubes d’eau à l’ébullition pendant une demi-heure, on ramène au volume primitif avec de l’eau distillée, puis on filtre après avoii' agité et on laisse refroidir. On isole ainsi le carbonate de chaux que l’ébullition a précipité. Le degré hydrotimétrique mesuré alors fait connaitre par différence la proportion de carbonate de chaux que l’eau a abandonnée.

Acide carboiiitiue. — A côté des éléments solides, l’eau tient toujours en dissolution des matières gazeuses, et parmi elles l’acide carbonique libre se rencontre fréquemment; l’hydrotimétrie permet d’en déterminer la quantité.

Dos mesures directes ont en effet montré que, si on mélange de l’eau distillée chargée d’acide carbonique avec une petite quantité d’eau de savon, celle-ci ne mousse plus et qu’il faut eu ajouter une quantité notable avant de produire ce phénomène. Une eau qui contient ~ de son volume d'acide carbonique exige 21°, 5 de liqueur hydrotimétrique, une eau au ^ en exigera M degrés, soit2°,19pour

une eau qui contiendrait d’acide carbonique, nombre qui donne une idée de la précision des mesures.

Les essais tels que nous les avons indiqués jusqu'à présent sontdonc troublés par la présence de l’acide carbonique, et si l’on n’y prenait garde on pourrait attribuer à de la chaux un précipité dû à ce gaz. Nous verrons plus loin (p. 472) comment on peut se mettre à l’abri de cette cause d’erreur.

Acide iisulfiirique. — Pour déterminer l’acide sulfurique d’une eau on détermine d’abord son degré hydrotimétrique, et l’on soumet ensuite pendant une demi-heure à l’ébullition un volume connu de cette eau. Nous avons vu que de cette manière on se débarrasse du carbonate de chaux et de l’acide carbonique libre; on laisse refroidir, on l’établit le volume primitif avec de 1 eau distillée et ou prend de nouveau le titre hydrotimétrique. Supposons qu’on ait trouvé 16; on peut calculer simplement le poids de nitrate de baryte cor-

ANALYSE MINÉRALE — ANALYSES VOLUMÉTRIQUES i"I

respondant à ce nombre, ajouter la quantité trouvée de ce sel à l’essai (ce qui se fait facilement au moyen d’une liqueur titrée), on a alors un essai qui, si aucun précipité ne se formait, aurait un degré hydrotimétrique égal à 32. En réalité il se fait un précipité de sulfate de baryte dont il est facile de mesurer la valeur en prenant de nouveau le titre bydrotimétrique. Si on le trouve égal à 20 par exemple, il y a eu perte de 12 degrés qui représentent une quantité d’acide sulfurique facile à calculer.

CUlore. — Le dosage du chlore se fait comme celui de l’acide sulfurique avec du nitrate d’argent en place de nitrate de baryte.

DÉTERWINATION DU DEGRÉ HYDRDTIMÉTRIQUE DES EAUX

Matériel. — D’après ce qui précède, on voit que le matériel hydrotimétrique n’est pas compliqué. 11 se compose :

1“ D’un hydrotimètre;

2° D’un flacon d’essai de 60 centimètres cubes de capacité jaugé à 10, 20, 30 et 40 centimètres cubes par des traits circulaires;

3° D’un flacon de liqueur hydrotimétrique;

4» D’un flacon d’eau distillée;

5° D’un flacon d’une dissolution d’oxalate d’ammoniaque au soixantième;

G" D’un flacon d’azotate de baryte titré à 20 degrés pour 1 centimètre cube;

7“ D’une pipette divisée en dixièmes de centimètre cube;

8" D’un ballon jaugé par un trait circulaire marqué à la base du col ;

9» D’une lampe à alcool avec un support à ballon ;

10“ D’un entonnoir en verre avec filtres;

11“ D’un agitateur ;

12“ D’un thermomètre;

13“ D’une dissolution de nitrate d’argent titrée à 20 degrés pour 1 centimètre cube.

Ces différents objets peuvent trouver place dans une petite boîte qu’il est facile d’emporter partout où on a des dosages à effectuer et qui constitue le Nécessaire hydrotimétrique.

Hissais préliminaires. — Les essais ne réussissent bien que quand le titre hydrotimétrique à mesurer ne dépasse pas 30 degrés; il convient donc, pour s’assurer qu’une eau donnée remplit cette condition, de faire un essai préliminaire. A cet effet on verse 1 centimètre cube de liqueur savonneuse dans 20 à 23 centimètres de l’eau à analyser et on agite le mélange; si au bout de quelques instants l’eau prend une teinte opaline sans donner de grumeaux, on peut faire l’essai; si, au contraire, des grumeaux apparaissent, c’est que l’eau est trop chargée de substances minérales; on l’étend alors de 2 à 3 fois son volume d’eau distillée. Il va sans dire que celle-ci doit avoir un titre bydrotimétrique bien égal à 0 degré, et qu’on multipliera par 2 ou par 3 le nombre de degrés trouvés à l’hydrotimètre.

EKCYCLOPÉDIE CHIMIQUE

Enfin, la liqueur hydrotimétrique s’altérant au bout d’un certain temps, il faut avant de commencer une série d’essais s’assurer qu’elle a bien le titre voulu, cela au moyen d’une liqueur calcaire normale.

Essai. — Pour faire l'essai d'une eau on en mesure 40 centimètres cubes à l’aide du flacon jaugé après l’avoir étendue comme il est dit plus haut, s’il y a lieu, et on y ajoute peu à peu la liqueur hydrotimétrique contenue dans la burette en examinant de temps en temps si elle produit une mousse persistante; celle-ci doit former une couche d’un demi-centimètre au-dessus du liquide et persister dix minutes; le nombre de degrés indiqués alors par la burette est le degré hydrotimétrique de l’eau examinée.

Par comparaison avec des essais antérieurement faits sur d’autres eaux, ce degré pourra donner de précieux renseignements; à lui seul il indique la quantité do savon qu’une eau déterminée précipitera avant de donner un effet utile pour le blanchissage du linge.

Exemple de calcul des matières dissoutes. - Supposons qu’après avoir fait les opérations précédemment indiquées, on ait trouvé :

1“ Le degré hydrotimétrique de l’eau ii l’état naturel . 25 degrés.

2“ Le degré de l’eau précipitée par t’oxalate d’ammoniaque . H — ■

3“ Le degré de l’eau bouillie et filtrée . 15 —

i” Lo degré de l’eau bouillie, filtrée et précipitée par l’oxalate

d’ammoniaque . 8 —

Il faut d’abord corriger le troisième résultat, le carbonate de chaux étant un peu soluble dans l’eau; l’expérience ayant montré que la correction consiste à retrancher 3 degrés du résultat trouvé, il convient donc de remplacer 13 par 12.

Voici maintenant l’interprétation de ces résultats :

1° Le premier nombre (23) représente la dureté totale (acide carbonique, carlionate et autres sels de chaux, sels de magnésie);

2“ Du deuxième nombre on déduit, comme nous l’avons indiqué, 14 degrés pour la dureté due aux seuls sels de chaux;

3° Le troisième nombre corrigé (12 degrés) représente les sels de chaux, sauf le carbonate et les sels de magnésie, pur conséquent 23 — 12= 13 degrés représentent l’acide carbonique et le carbonate de chaux;

4'’ Le dernier nombre (8 degrés) représente les sels de magnésie;

5° Les sels de chaux étant représentés par 14 degrés, ceux de magnésie par 8 degrés, soit en tout 22 degrés, il reste sur 25 degrés, titre général, 3 degrés pour l’acide carbonique.

En résumé l’eau examinée contient :

1“ Acide carbonique . 3 degrés.

2" Carbonate de chaux . 10 —

3“ Autres sels de chaux ....... i —

A" Sels de magnésie . 8 —

Titre hydrotimétrique. ... 23 degrés,

ANALYSE MINÉRALE — ANALYSES VOLL'MÊTRIQUES 473

résultats qu’on transforme facilement en poids rapportés au litre en multipliant le nombre de degrés du tableau précédent par des coefficients calculés à l’avance et qui sont les suivants ;

Acide carbonique . 0,005

Carbonate de chaux . 0,0103

Sulfate de chaux . 0,014

Sulfate de magnésie . 0,0125

En sorte que l’eau analysée contenait par litre :

Acide carbonique . 0,015

Carbonate de chaux . 0,193

Sulfate de chaux . 0,056

Sulfate de magnésie . 0,159

soit en totalité 0,269 de matière minérale par litre.

On étendra facilement ce mode de calcul au dosage de l’acide sulfurique et du chlore.