ANALYSE DES MATIÈRES SOLIDES

i°. Analyse sommaire.

Un premier essai à faire sur les eaux consiste à déterminer d’une mar nière approximative les matières qui entrent dans leur composition.

La plupart du temps, l’analyse sommaire, dont nous allons nous occuper, suffira à faire connaître si une eau est potable, si elle peut être employée pour alimenter les chaudières à vapeur et si elle est de nature à laisser des dépôts incrustants dans les tuyaux de conduite. Nous entrerons donc dans quelques détails à ce sujet, 11 est utile de rappeler que tous les réactifs dont on fera usage doivent être d’une pureté irréprochable; la précision dans les analyses d’eaux est indispensable, puisque la vérification par les formules fait ici complètement défaut.

Pour faire l’analyse sommaire, on introduit dans un ballon de verre un demi-litre d’eau qu’on porte à l’ébullition pendant une heure environ. Au bout de ce temps, les gaz étant expulsés, on peut être certain que les matières tenues en dissolution par l’acide carbonique se sont déposées. On décante alors avec précaution; cette opération ne présente aucune difficulté, le carbonate de chaux cristallisé en petits rhomboèdres se séparant très-facilement. On recueille le précipité sur un filtre, on le dessèche, puis on le détache autant que possible du filtre, qu’on brûle à part et dont on ajoute les cendres au résidu. On humecte le tout à l’aide de quelques gouttes de carbonate d’ammoniaque, on dessèche et l’on calcine à 3oo degrés environ.

Ce résidu constitue le premier dépôt : il consiste essentiellement en carbonate de chaux, oxyde de fer et silice, et renferme en outre quelquefois un peu de magnésie. On arrive aisément, à l’aide de quelques gouttes d’acide azotique et d’ammoniaque employées successivement, à estimer à peu près la proportion de matières étrangères au carbonate de chaux qu’il peut renfermer. Le poids de ce premier dépôt est important à connaître en ce qu’il donne immédiatement la richesse de l’eau en matières incrustantes pouvant obstruer les canaux de conduite des eaux.

Ou évapore ensuite à siccité le reste du demi-litre d’eau dans une capsule de platine tarée ; il faut avoir grand soin d’effectuer la dernière partie de l’évaporation de l’eau au bain-marie ; on pèse la capsule et le résidu, ce qui donne le poids du deuxième et du troisième dépôts réunis ; on lave ensuite convenablement le résidu avec de l’eau contenant un tiers de son volume d’alcool à \o degrés ; on pèse de nouveau : la différence de poids correspond au chiffre des sels solubles dans l’eau.

Le deuxième dépôt consiste essentiellement en sulfate de chaux et alumine. Le sulfate de chaux est, comme on le sait, peu soluble dans l’eau à la pression ordinaire ; il est complètement insoluble dans ce liquide sous la pression de 3 à 4 atmosphères ; c’est lui qui constitue les crasses des machines à vapeur. Lorsque le deuxième dépôt, traité par l’acide azotique, ne laisse pas de résidu appréciable, cela indique qu’il ne contient pas de silice. On neutralise par l’ammoniaque, ce qui occasionne un précipité lorsque l’eau renferme de l’alumine et de l’oxyde de

fer. L’oxalate d’ammoniaque et le chlorure de baryum servent ensuite à déceler la présence du sulfate de chaux.

L’action des réactifs sur la dissolution du troisième dépôt (sels solubles) y fait reconnaître la présence du chlore, de l’acide sulfurique, de la magnésie, de la potasse et de la soude, etc. Ainsi que nous l’indiquons plus haut, l’analyse sommaire suffit toujours pour apprécier la valeur d’une eau au point de vue de son emploi dans l’économie domestique ou dans l’industrie. On sait que pour qu’une eau soit potable il faut, outre certaines conditions, qu’elle renferme au moins 1 54 milligrammes de carbonate de chaux par litre. Une eau qui contient ï 5 o milligrammes de ce sel, par litre, est incrustante. Il faut de plus qu’elle contienne une certaine quantité de silice, surtout si on la destine aux usages de l’agriculture. Enfin il faut que le deuxième dépôt (sels insolubles, sulfate de chaux) soit très-faible, et presque exclusivement composé de silice.

a°. Analyse complète.

L’analyse complète d’une eau doit se faire en suivant la même marche que pour l’analyse sommaire; seulement, au lieu d’opérer sur | litre, il faut opérer sur io litres d’eau, et faire l’analyse quantitative des dépôts.

On introduit 10 litres d’eau dans un ballon de 1 2 litres environ, puis on fait bouillir cette eau pendant à peu près trois quarts d’heure. Au bout de ce temps, on retire le feu et on laisse refroidir, en ayant soin de donner au vase une inclinaison telle, qu’on puisse ensuite décanter l’eau sans l’agiter. Après refroidissement complet du liquide, on trouve un dépôt souvent très-considérable qui se sépare de l’eau avec une extrême facilité. On décante alors peu à peu cette eau dans une grande capsule de platine tarée qu’on chauffe sur le bain de sable : il faut que l’évaporation se fasse rapidement, et sans que le liquide entre en ébullition. Dans ce but on enterre la capsule de platine dans le bain de sable qui doit être muni d’un bon tirage.

Quand on a évaporé ainsi toute l’eau du ballon, on recueille le dépôt sur un petit filtre; puis on verse dans le ballon un peu d’eau distillée,

et, à l’aide d’un petit balai de fils de platine, on détache autant que possible la partie du dépôt qui adhère au vase. En général, on ne parvient pas, par ce moyen mécanique, à enlever la totalité du dépôt; on y réussit complètement, en versant dans le ballon une petite quantité d’acide acétique, qu’on agite en tous sens afin de laver les parois du vase. On réunit l’acide acétique et les eaux de lavage dans un creuset de platine taré; on évapore à siccité, et l’on calcine afin de se débarrasser du charbon. On ajoute ensuite, au résidu ainsi obtenu, tout ce qu’on peut détacher du filtre sur lequel on a recueilli le dépôt; on brûle le filtre sur le couvercle du creuset, on le calcine, puis on le mouille avec une goutte de carbonate d’ammoniaque, afin de transformer la chaux en carbonate. On ajoute le résidu à la matière qui se trouve dans le creuset, on chauffe le tout à i 5 o degrés pour chasser l’eau hygrométrique, et l’on pèse. On a ainsi le poids du premier dépôt.

Revenons maintenant à l’évaporation de l’eau dans la grande capsule de platine tarée. Lorsque l’évaporation touche à sa fin, on achève l’opération au bain-marie afin d’éviter les projections. On pèse ensuite le résidu, et l’augmentation du poids de la capsule donne le poids du deuxième et du troisième dépôts. On reprend alors par l’eau alcoolisée (j d’alcool à 4o degrés), on lave avec précaution en chauffant au bainmarie. On évapore autant que possible à siccité, et l’on pèse de nouveau. Cette dernière pesée donne le poids du deuxième dépôt, et la différence correspond au poids du troisième dépôt constitué par les sels solubles.

Il nous reste maintenant à décrire les procédés analytiques à l’aide desquels on peut doser les matières qui constituent les divers dépôts.

Analyse du premier dépôt. — On commence par chauffer fortement le premier dépôt pour ramener le carbonate de chaux à l’état de chaux vive. On pèse le résidu et l’on note la perte qui fournit une indication utile sur la quantité de carbonates que contient la masse. Ce premier dépôt peut contenir

Silice.

Alumine.

Sesquioxyde de fer.

Chaux.

Magnésie.

On traite le résidu par l’acide nitrique pur ; on évapore à siccité, onélève ensuite progressivement la température jusqu’à 200 ou a 5 o degrés sur le bain de sable, et l’on maintient le tout à cette température jusqu’à ce qu’une baguette plongée dans l’ammoniaque, et placée au-dessus de la capsule, ne décèle plus de dégagement d’acide nitrique. On peut pousser sans inconvénient la calcination jusqu’au point où les vapeurs nitreuses commencent à se former. On a alors dans la capsule

Silice. Nitrate de chaux.

Alumine hydratée. Nitrate de magnésie.

Sesquioxyde de fer. Sous-nitrate de magnésie.

Dosage de la silice. — On humecte alors la masse avec du nitrate d’ammoniaque concentré, on chauffe et l’on répète cette opération jusqu’à ce qu’il ne se produise plus de vapeurs ammoniacales. Le dégagement d’ammoniaque est ordinairement proportionnel à la quantité de sous-nitrate de magnésie qui s’est formé. On ajoute ensuite de l’eau distillée, et on laisse digérer à une douce chaleur. Dans le cas où le nitrate d’ammoniaque n’aurait pas donné lieu à un dégagement sensible de vapeurs ammoniacales, il faudrait, ajouter de l’eau chaude, agiter le mélange, et y verser une goutte d’ammoniaque peu concentrée. Dans ce cas, l’ammoniaque ne doit occasionner aucun trouble dans la liqueur, et, de plus, son odeur doit rester manifeste, ce qui montre que la calcination des nitrates a été convenablement produite, et qu’il n’y a pas trace d’alumine ni de fer en dissolution. On porte alors la liqueur à l’ébullition, puis on décante avec précaution sur un filtre, et on lave le résidu dans la capsule plusieurs fois avec de l’eau bouillante. Quand le lavage est complet, on reprend le résidu de silice, d’oxydes de fer et d’aluminium par l’acide nitrique qui dissout ces derniers (i); on lave à plusieurs reprises, on dessèche et on calcine la silice après

(1) S’il se trouvait de l’oxyde de manganèse mélangé à l’oxyde de fer, l’acide nitrique le laisserait inattaqué; on le séparerait ensuite de la silice au moyen de l’acide sulfurique et de l’acide oxalonitrique. On décante, on lave, on évapore le résidu à siccité, on calcine et l’on pèse.

avoir placé dans la capsule le filtre qui a pu retenir quelques parcelles de silice entraînées dans la décantation. On pèse la capsule; son augmentation de poids donne le chiffre de la silice.

Séparation et dosage de l’alumine et du sesquioxyde de fer. — On évapore à siccité, dans un creuset de platine taré, le mélange de nitrates de fer et d’alumine; on calcine et on pèse. On détache ensuite autant que possible le résidu du creuset de platine, et l’on introduit la matière dans une petite nacelle de platine préalablement tarée. On pèse le tout: ce qui fait connaître la fraction des oxydes sur laquelle on opérera. On place ensuite la nacelle sur une lame de platine qui sert de chariot et qu’on glisse dans un tube de porcelaine ou de platine aussi étroit que possible, que l’on incline assez fortement dans un petit fourneau à réverbère ordinaire si le tube est en porcelaine, et que l’on chauffe au gaz si l’on emploie un tube en platine. On relie le tube à un appareil à hydrogène ; on fait passer un courant de ce gaz sec, puis on chauffe le tube; quand il est bien rouge, on remplace le courant d’hydrogène par un courant rapide d’acide chlorhydrique gazeux, et on laisse refroidir complètement l’appareil. Après refroidissement, on chasse l’acide chlorhydrique par un courant d’hydrogène; on retire la nacelle, on la calcine, et on la pèse. La perte de poids correspond à l’oxyde de fer. L’alumine, comme on le sait, existe en trèspetite quantité dans toutes les eaux; il faut seulement se garder de confondre avec elle le phosphate de chaux.

Séparation de la chaux et de la magnésie. — Ces bases existent à l’état de nitrates dans la dissolution. On traite la liqueur qui est neutre, et doit être assez étendue par l’oxalate d’ammoniaque; au bout de sept à huit heures, l’oxalate de chaux s’est complètement précipité. On décante, on sépare l’oxalate, on le calcine jusquà cessation de perte, et on pèse la chaux à l’état de chaux vive.

On évapore ensuite la liqueur, et on chauffe modérément le résidu pour volatiliser les sels ammoniacaux. Lorsqu’il ne reste plus que les nitrates fixes, on met un peu d’eau, puis un excès d’acide oxalique cristallisé pur. Pendant l’évaporation l’acide nitrique se dégage, et même à la fin on voit l’acide oxalique se sublimer sur les parois du vase. On décompose les oxalates au moyen d’une lampe à alcool. On

calcine et on pèse la magnésie. Quand on l’a pesée, on la dissout; à chaud dans le nitrate d’ammoniaque un peu concentré. On retrouve quelquefois des traces de manganèse qui accompagnaient la magnésie.

Analyse du deuxième dépôt. — On a pesé le deuxième dépôt dans la grande capsule de platine qui a servi à l’évaporation de l’eau; mais il ne faudrait pas continuer l’analyse dans ce vase. Après avoir pesé le dépôt, dont il est important de connaître le poids en raison des propriétés incrustantes du sulfate de chaux, on détache avec soin tout ce qu’on peut de la capsule de platine, on met à part cette matière, puis on lave la capsule avec de l’acide acétique ; on évapore le liquide ainsi obtenu, et on calcine le résidu préalablement humecté avec du carbonate d’ammoniaque, On ajoute ce qu’on avait mis à part, et on pèse le tout après avoir séché à ioo degrés environ sur le bain de sable. On calcine ensuite fortement afin de chasser les matières volatiles qui consistent essentiellement en eau et acide carbonique provenant des carbonates de chaux et de magnésie.

Le deuxième dépôt peut contenir

Silice.

Sesquioxyde de fer. Sulfate de chaux.

„ , I Alumine. Carbonate de chaux.

Tres-rarement , ,

( Phosphate de chaux. Carbonate de magnésie.

Après la calcination, on traite le résidu par l’acide nitrique pur, et l’on évapore à siccité; on reprend, comme nous l’avons indiqué plus haut, par l’azotate d’ammoniaque; il faut avoir soin de laver longtemps, parce que le sulfate de chaux se dissout très-lentement. Le résidu qui est dans la capsule se compose de

Silice,

Alumine,

Sesquioxyde de fer,

qu’on sépare par les méthodes indiquées plus haut. La liqueur filtrée renferme

Nitrate de chaux,

Nitrate de magnésie,

Sulfate de chaux.

Dosage de la chaux et de l’acide sulfurique. — On traite la liqueur par l’oxalate d’ammoniaque, en ayant bien soin de n’ajouter qu’un trèspetit excès d’oxalate en sus de la quantité nécessaire pour opérer la précipitation complète de la chaux. On sépare la chaux avec les précautions ordinaires. On ajoute ensuite à la liqueur une quantité d’acide chlorhydrique relativement considérable, puis on verse goutte à goutte de l’azotate de baryte jusqu’à précipitation complète de l’acide sulfurique. On fait ensuite digérer le sulfate de baryte au bain-marie pendant 10 heures environ. On décante alors la liqueur surnageante sur un filtre, en ayant soin d’éviter que le précipité aille sur le filtre ; on lave à quatre ou cinq reprises au moins le sulfate de baryte avec de l’eau chaude en laissant reposer chaque fois la liqueur. Cela fait, on calcine avec soin le sulfate de baryte et le filtre, jusqu’à ce que ce dernier soit complètement brûlé; on pèse, puis on mouille le sulfate de baryte avec une goutte d’acide nitrique monoliydraté et pur. On calcine de nouveau, et l’on pèse; il ne doit pas y avoir de différence entre les poids obtenus dans ces deux pesées. On verse alors un peu d’eau dans le creuset où se trouve le sulfate de baryte ; on lave trois ou quatre fois avec précaution par décantation, on dessèche la matière, on calcine et l’on pèse de nouveau. Le sulfate de baryte ne doit pas avoir perdu de son poids; dans le cas où cette dernière pesée accuserait une perte, c’est le dernier poids trouvé qu’on considérerait comme exact.

La quantité d’acide chlorhydrique qu’on doit ajouter dans cette partie de l’analyse doit être discutée avec soin ; il faut, en employer assez pour que le nitrate de bary te ne donne pas lieu à un précipité d’azotate de baryte, mais pas assez pour que l’acide ajouté ne soit pas entièrement détruit par le nitrate d’ammoniaque qui existe dans la liqueur. On peut représenter par l’équation suivante la réaction qui doit se produire :

OviHCl -+- Az H 1 ft\z O s = 3 LCI -+- 2 Àz + 6 HO.

Dosage de la magnésie. — On évapore à siccité la liqueur séparée de la chaux et de l’acide sulfurique, on place le résidu dans un creuset de platine, on ajoute une ou deux gouttes d’acide sulfurique, on évapore à siccité et l’on chauffe doucement, jusqu’à ce que tout l’excès d’acide sulfurique ait disparu; on pèse la matière ; on traite ensuite par

l’eau bouillante, on lave convenablement et on calcine ; la différence de poids correspond au sulfate de magnésie formé et donne, par consé quent, le poids de la magnésie.

Analyse du troisième dépôt. — Le dosage des matières qui constituent le troisième dépôt est, sans contredit, la partie la plus délicate de l’analyse des eaux et celle qui demande le plus de soin de la part du chimiste. En effet, on ne connaît pas exactement le poids total de ce dépôt, attendu qu’on ne l’a desséché qu’à 100 degrés et qu’il renferme souvent des matières déliquescentes qui retiennent de l’eau à cette température ou qui se décomposeraient si l’on continuait à chauffer (chlorure de magnésium par exemple), ce qui empêche de pousser plus loin la dessiccation. En second lieu, ce dépôt renferme des matières organiques dont il est difficile, sinon impossible, de tenir compte quantitativement. Enfin il contient de l’acide nitrique dont nous ne nous occuperons pas pour le moment; il faudra faire une recherche spéciale pour doser ce corps.

Le troisième dépôt peut contenir :

Sesquioxyde de fer (traces).

Alumine.

Chaux \

Potasse f A l’état de nitrate, carbonate,

Soude ( chlorure ou sulfate.

Magnésie 1

Chlore.

Acide sulfurique.

Acide nitrique.

Acide carbonique.

On évapore doucement la liqueur à siccité. On a soin de noter la couleur du dépôt, c’est un document important sur la qualité des eaux. Quand l’évaporation est complète, on ajoute avec le plus grand soin au résidu quelques gouttes d’acide nitrique très-étendu, en observant attentivement s’il y a dégagement d’acide carbonique. La présence de l’acide carbonique dans le troisième dépôt est d’une importance extrême, parce qu’elle exclut d’une manière nécessaire la chaux et la magnésie ; de plus elle indique une nature d’eau toute spéciale, une eau chargée de bicarbonate de soude ou de potasse. Si dans le dépôt précé-

dent on a constaté l’existence du sulfate de chaux, on ne pourra pas avoir de bicarbonates dans le troisième dépôt : ces deux sels ne peuvent coexister dans une liqueur chargée d’acide carbonique.

Dosage du chlore. — On verse alors de l’éau dans la capsule ; ou ajoute de l’acide azotique et du nitrate d’argent; on précipite ainsi le chlore à l’état de chlorure d’argent qu’on lave avec soin à l’eau acidulée. Il faut autant que possible ménager les quantités d’acide qu’on introduit dans les liqueurs, afin de n’avoir pas trop de nitrate d’ammoniaque à décomposer. On dessèche le chlorure d’argent, on le calcine au bain de sable et on le pèse.

Dosage de l’acide sulfurique. — On précipite l’acide sulfurique par le nitrate debaryte, en observant les précautions indiquées plus haut, tant pour la pesée du sulfate de baryte que pour la séparation de l’excès de nitrate employé.

Dosage de la chaux , du sesquioxyde defer et de l’alumine. — On sature la liqueur par l’ammoniaque; s’il y a du fer ou de l’alumine dans la liqueur, ce qui d’ailleurs est très-rare, l’ammoniaque les précipite et on leur fait subir le traitement rapporté précédemment. On verse ensuite de l’oxalate d’ammoniaque dans la liqueur neutre et on laisse digérer le précipité pendant 7 à 8 heures. Quand il n’y a pas dans le liquide un grand excès d’ammoniaque, le précipité peut être composé d’oxalate de chaux, d’oxalate de baryte, d’oxalate d’argent et même d’argent métallique, On sépare alors le précipité par le filtre, on le calcine, on le redissout dans l’acide chlorhydrique et l’on ajoute une petite quantité d’acide sulfurique. On sait que le sulfate de chaux est soluble dans l’acide chlorhydrique ; le sulfate de baryte, au contraire, est complètement insoluble dans ce réactif. Après une digestion un peu prolongée, on lave très-longtemps par décantation sur un filtre; on évapore, on calcine et l’on pèse le sulfate de chaux avec les précautions convenables en pareil cas.

Dosage de la soude et de la potasse. — La liqueur filtrée et les eaux de lavage sont évaporées et le résidu calciné. Ce résidu renferme :

Argent.

Carbonate de baryte.

Magnésie.

Carbonate de potasse.

Carbonate de soude.

On reprend par l’eau qui dissout les carbonates de potasse et de soude. On place cette dissolution dans un verre à expérience et on la décompose par quelques gouttes d’acide chlorhydrique en évitant les projections. On évapore à siccité les chlorures ainsi obtenus, on en prend le poids ; on les redissout dans l’eau et l’on traite la liqueur par le hichlorure de platine; on dose alors la potasse à l’état de chlorure double de platine et de potassium. La soude peut être prise par différence ou dosée à l’état de chlorure.

Dosage de la magnésie. — On traite le résidu, qui contient de l’argent, du carbonate de baryte et de la magnésie, par une petite quantité d’acide chlorhydrique; on évapore, on ajoute ensuite un peu d’acide sulfurique; on évapore de nouveau, on lave ; le sulfate de magnésie qui se sépare seul, dans ces conditions, sert à évaluer la quantité de magnésie.

Acide azotique. Acide phosphorique. — Pour les méthodes de dosage de l’acide nitrique dans les eaux, nous renverrons aux beaux Mémoires de M. Schlesing et de M. Boussingault. Quant à l’acide phosphorique, il n’existe que dans un très-petit nombre d’eaux minérales Les eaux de Vichy en renferment des quantités notables, seulement il est remarquable qu’elles ne contiennent alumine. Dans ce cas, on

peut avoir recours à l’emploi du chlorure de baryum ammoniacal pour doser l’acide phosphorique ; on pèse le phosphate de baryte, on le calcine; on le dissout dans l’acide chlorhydrique, on précipite la baryte par l’acide sulfurique et l’on pèse le sulfate de baryte avec toutes les précautions connues.