Solutions, suspensions et sédimentation

 

C’est quoi ?

L’eau dissout certains gaz au contact de sa surface. Les gaz peuvent rester à l’état moléculaire (cas de l’oxygène ou de l’azote) ou passer sous forme d’ions (cas du dioxyde de carbone qui devient du carbonate ou du bicarbonate et des ions hydrogène). Plus la température augmente plus la quantité de gaz dissous diminue.

 

Que peut-on observer ?

Une bouteille d’eau pétillante ne présente pas de bulles lorsqu’elle est fermée. Des bulles apparaissent lorsqu’elle est ouverte. Ce gaz trouble l’eau de chaux, ce qui démontre qu’il contient du dioxyde de carbone.

Attention Lors de l’ébullition de l’eau, les bulles sont constituées de vapeur d’eau, qui correspond à un passage de l’eau de l’état liquide à vapeur. Il ne s’agit pas de dégazage. 

 

Que peut-on mesurer ?

Que cherche-t-on à faire ?

Montrer que l’eau qui traverse le sol s’enrichit en dioxyde de carbone.

Quel matériel ?

Deux colonnes en verre ou en plexiglas d’au moins 20 cm comportant un orifice à la base sur lequel il est possible d’adapter un ballon de baudruche

Du compost frais et du compost stérilisé par passage à l’étuve

Deux dispositifs de goutte à goutte (par exemple goutte à goutte pour intraveineuse).

Des ballons de baudruche

De l’eau permutée (eau rendue très pure par un échange avec des résines).

De l’eau de chaux

Quel déroulement ?

Emplir une colonne de compost frais et une colonne de compost stérilisé. Laisser reposer pendant une nuit pour que l’atmosphère contenue dans le compost se charge en CO2 par respiration des microorganismes.

Ajuster un ballon de baudruche à la base de chaque colonne (il faut recueillir l’eau de percolation à l’abri de l’air ambiant pour éviter le dégazage du CO2, qui est un phénomène très rapide).

Faire tomber lentement l’eau permutée sur le compost à l’aide du dispositif goutte à goutte.

Mettre au contact l’eau de percolation et l’eau de chaux. Montrer que l’eau permutée initiale et l’eau qui a percolé à travers la colonne de compost stérilisé ne troublent pas l’eau de chaux et que l’eau qui a percolé la colonne de compost frais trouble l’eau de chaux.

Discuter l’effet du sol sur la teneur en dioxyde de carbone dissout (le sol est environ 100 fois plus riche en dioxyde de carbone que l’atmosphère) et sur l’importance de la respiration microbienne. 

 

Quels prolongements ?

C’est le dioxyde de carbone produit par fermentation du jus de raisin qui est responsable des bulles du champagne (fermentation du malt pour la bière). Les bulles des boissons gazeuses non alcoolisées sont également dues au dioxyde de carbone, mais celui-ci provient soit des aquifères (ex : source Perrier), soit d’un enrichissement artificiel.

L’eau de pluie se charge en dioxyde de carbone (et des autres gaz contenus dans l’atmosphère) au cours de sa descente vers le sol. Le dioxyde de carbone en solution se dissocie partiellement en bicarbonate (HCO3-) et proton (H+). C’est pourquoi l’eau de pluie arrivant au sol présente naturellement un pH légèrement acide (5.7).

Les fontaines pétrifiantes se forment par précipitation de calcaire par suite du dégazage d’eau riche en bicarbonate au contact de l’atmosphère. A son arrivée au contact de l’atmosphère, une partie du bicarbonate de l’eau passe sous forme de CO2. Ce dégazage, qui résulte d’une recombinaison d’ions bicarbonate avec des ions hydrogène, provoque une montée du pH. L’augmentation du pH entraîne la transformation du bicarbonate en carbonate. Comme la solubilité du carbonate de calcium (calcaire) est très faible les ions carbonate précipitent avec le calcium.

L’oxygénation des cours d’eau (teneur en oxygène dissout) est un paramètre environnemental fondamental. D’une part il détermine la possibilité de développement des végétaux et animaux aquatiques ; comme la solubilité des gaz diminue avec la température, c’est dans les eaux fraiches ou froides que se rencontrent les poissons les plus exigeants en oxygène (truite, saumon…). D’autre part la teneur en oxygène de l’eau détermine le potentiel d’oxydo-réduction du milieu, donc les réactions qui peuvent s’y produire.

 

Dans l’histoire ?

Le dioxyde de carbone fut découvert vers 1638 par un médecin belge du nom de Jan Baptist van Helmont qui lui donna le nom d'anhydride carbonique. Il fut isolé par le pasteur anglais Joseph Priestley en 1766. En 1776, le chimiste français Lavoisier mit en évidence que ce gaz est le produit de la combustion du carbone avec l’oxygène. Les premières boissons rendues gazeuses par addition de CO2 apparurent en 1875 grâce à l'invention des récipients pressurisés.

 

 

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