2010 - Université de Genève

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"1"!
Complex
Travail Pratique de 1ère année,
Université de Genève, Science II, Laboratoire H.
22 octobre 2010
Romain Laverrière & Stéphane Dierickx
[email protected] [email protected]
Groupe 15
Résumé
Avec ce TP avons appris les mécanismes se passant lors de compléxation et nous avons ainsi pu
avec ces connaissances retrouver les concentrations en Ca2+ et en Mg2+ contenues dans une roche
naturelle.
Introduction
Nous avons utilisé des réactions de complexation afin de former des complexes dont nous avons
essayé de trouver la formule théorique. Nous avons aussi utilisé les propriétés des indicateurs
sélectifs qui nous permettent de faire une différence entre 2 métaux alcalinoterreux, en
l’occurrence entre les cations Ca2+ et Mg2+. Nous pouvons dès lors retrouver la concentration de
ces ions dans une roche après quelques traitements de celle-ci.

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"2"!
Méthodologie & résultats :
• 2.1 Illustration des réactions de complexation :
Nous avons fait réagir des solutions ioniques avec certains ligands afin de pouvoir observer les
précipités résultant de la réaction de complexation. Nous avons pu ensuite extrapoler les formules
théoriques des différents précipités obtenus.
Ainsi, commencer par préparer plusieurs solutions des ions métaux et des ligands selon le tableau
suivant (tableau 1) (une précision de 20% suffit):
Nom
masse molaire
[g/mol]
volume
[ml]
Concentration
[mol/l]
Masse [g]
couleur
Cu(NO3)2 · 3H2O
241.602
20
0.1
0.483204
bleu
Cr(NO3)2 · 9 H2O
338.144
20
0.1
0.676288
violet-noir
Al(NO3)2 · 9 H2O
375.134
20
0.1
0.750268
transparent
Co(NO3)2 · 6 H2O
291.035
20
0.1
0.58207
saumon
Ca(NO3)2 · 4 H2O
236.149
20
0.1
0.472298
transparent
Mg(NO3)2 · 6 H2O
256.407
20
0.1
0.512814
transparent
Fe(NO3)2 · 9 H2O
403.997
20
0.1
0.807994
orange
FeSO4 · 7 H2O
278.016
20
0.1
0.556032
Jaune clair
KSCN
97.182
50
0.2
0.97182
-
H2N–CH2–CH2–NH2
60.098
50
0.2
0.60098
-
NaOH
39.997
50
0.2
0.39997
-
Tableau 1 : préparation des solution de complexation
Préparer de plus 50 [ml] d’une solution d’ammoniac NH3 0.2 M par dilution de 2.5 [ml] de la solution
4 M mise à disposition.
Pour chaque métal procéder comme suit : Mettre 1 [ml] de solution de même métal dans 4 éprouvette
et ajouter dans la première 1 goutte du ligand 1 (NH3), puis 1 [ml], encore 1 [ml] et finalement 3 [ml].
Répéter la même procédure avec KSCN et l’éthylènediamine. Pour le NaOH, ajouter ~3.5 [ml] au lieu
de 3[ml] au dernier ajout. A refaire pour chaque métal. Les résultats sont notés dans le tableau dans la
page suivante (tableau 2) et les réactions sont décrites en annexe :

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NH3
KSCN
ED
NaOH
Cu(NO3)2
1 goutte
Trouble
Vert
Bleu pétant
Trouve
+1 [ml]
Bleu electrique
Vert pomme
Bleu foncé
Bleu eléc + p blanc
+1 [ml]
Bleu foncé
Vert pomme
Violet
p. bleu
+3 [ml]
Bleu + foncé
Vert pomme
p. violet
p. bleu
Cr(NO3)2
1 goutte
-
Noir
Vert foncé
-
+1 [ml]
Vert foncé
Brun coca
Gris vert
Vert foncé laiteux
+1 [ml]
Vert foncé
Plus clair
p. gris vert
„“
+3 [ml]
p. vert-gris
++
p. gris vert
Vert transp.
Al(NO3)3
1 goutte
-
-
p. blanc
p. blanc
+1 [ml]
p. blanc
Rosé
p. blanc
p. blanc
+1 [ml]
p. blanc
Rosatre
p. blanc
p. blanc
+3 [ml]
p. blanc
rosatre
p. blanc
-
Co(NO3)2
1 goutte
p. bleu
-
Orange
p. bleu
+1 [ml]
p. bleu vert
-
Orange
p.bleu
+1 [ml]
p. turquoise
+rose
Brun
p. bleu-jaune
+3 [ml]
+ net
+rose
brun
p.bleu-jaune-gris
Ca(NO3)2
1 goutte
-
-
-
-
+1 [ml]
-
-
-
-
+1 [ml]
-
-
-
-
+3 [ml]
-
-
-
-
Mg(NO3)2
1 goutte
-
-
-
p. blanc
+1 [ml]
trouble
-
trouble
p. blanc
+1 [ml]
Trouble
-
Trouble
p. blanc
+3 [ml]
Trouble
-
trouble
p. blanc
Fe(NO3)3
1 goutte
p. orange
Rouge sang
p. orange
p. orange
+1 [ml]
p. brun
Rouge sang
p. brun
p. brun
+1 [ml]
p. brun
Rouge sang
p. brun
p. brun
+3 [ml]
p. brun
p. brun
p. brun
p. brun
FeSO4
1 goutte
p. vert sombre
Orange
p. vert sombre
p. vert sombre
+1 [ml]
p. vert sombre
Orange
p. vert sombre
p. vert sombre
+1 [ml]
p. vert sombre
Orange
p. vert sombre
p. vert sombre
+3 [ml]
p. vert sombre
Orange
p. vert sombre
-
Tableau 2 : Réaction des métaux
• 2.2 Synthèse d’un complex de cobalt:
Diluer 1.3 [g] (pesée : 1.3008 ± 0.0001 [g]) d’acide oxalique dihydraté (H2C2O4 · 2H2O) à 5 [ml]
d’ammoniac 4 M et 100 [ml] d’eau. Le pH devrait être basique (>7).
Préparer ensuite 100 [ml] d’une solution de chlorure de cobalt hexahydraté (CoCl2 · 6H2O) d’une
concentration de ~24 [g/l] = 2.4 [g/dl] (pesée = 2.4003 ± 0.0001 [g]). Puis, ajouter cette solution
lentement à la solution d’acide oxalique en agitant bien. Laisser refroidir dans un bain de glace jusqu’à
formation d’un précipité. Enfin, filtrer par Büchner, laver le solide et le mettre dans un dessiccateur
pendant 1 jour entier. Transférer dans un SNAP taré et le peser, après quoi le remettre au dessiccateur
pendant une semaine de plus et repeser. Les résultats sont répertoriés ci-après
MSNAP vide = 25.6500 ± 0.0001 [g] MSNAP plein = 27.6495 ± 0.0001 [g] ∂M = 1.9995 ± 0.0001 [g]

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"4"!
• 2.3 Titrages du calcium et du magnésium par EDTA :
Pour les deux prochaines expériences nous avons utilisé le complexant EDTA qui se complexe avec les
métaux alcalinoterreux. Nous avons en premier lieu titré des solutions de calcium et de magnésium
dont les concentrations étaient connues avec deux indicateurs, le noir d’eriochrome T et le HHSNN qui
lui est sélectif pour les ions Ca+. Puis nous avons utilisé ces propriétés pour analyser une roche
naturelle. En faisant un titrage un indicateur puis l’autre, nous pouvons mesurer et calculer les
concentrations de chacun des deux ions.
Commencer par préparer 1 [l] d’une solution EDTA 0.005 M à partir du sel (Na2C10H14N2O8 · 2H2O).
Pour cela, sécher 2 [g] de sel pendant au moins une heure dans un étuve et laisser refroidir dans le
dessiccateur. Prélever ~1.9 [g] du sel sec et le dissoudre dans 300 [ml] d’eau en agitant. Ajouter
quelques gouttes de NaOH 4 M afin d’avoir un pH entre 9 et 10 et ajouter de l’eau pour avoir 1 [l] de
solution. Filtrer enfin la solution sur un Büchner et la transférer dans un flacon en plastique. Le tableau
3 ci-dessous montre la concentration réelle ainsi que la masse prélever :
mm [g/mol]
Concentration [mol/L]
Volume [L]
m EDTA [g]
théorie
372.237
0.005
1
1.861185
pratique
372.237
0.005001384
1
1.8617 ± 0.0001
Tableau 3 : Solution d’EDTA
Préparer maintenant un tampon ammoniacal 2 M à pH 10. Pour se faire, mélanger 100 [ml] de NH3 4
M et 40 [ml] de HCl 4 M. Tester le pH et ajouter au besoin du HCl afin d’obtenir le pH voulu.
Compléter enfin à 250 [ml].
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Analyse du magnésium :
Préparer une solution de magnésium par dissolution de MgCl2 · 6 H2O. Prendre ~0.5 [g] du sel et y
dissoudre dans ~100 [ml] d’eau déminéralisée. Compléter à 250 [ml]. La concentration précise ainsi
que la masse pesée sont reportés dans le tableau 5 qui suit :
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mm [g/mol]
Concentration [mol/L]
Volume [L]
m MgCl2•6H2O [g]
théorie
203.302
0.01
0.25
0.508255
pratique
203.302
0.009861192
0.25
0.5012 ± 0.0001
Tableau 4 : Solution de chlorure de magnésium hexahydraté
Pipeter 10 [ml] de la solution dans un bécher de 100 [ml] et y ajouter ~10 [ml] de tampon ammoniacal
et ~10 [ml] d’eau déminéralisée. Ajouter en plus 5-10 gouttes d’ériochrome T. Titrer avec la solution
d’EDTA. Cette procédure est répétée 5 fois. Les résultats obtenus sont reportés dans le tableau 5 qui
suit (la formule utilisée est démontrée en annexe -> photocopie du cahier de labo) :

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"5"!
N°
Volume Mg utilisé [ml]
Volume EDTA utilisé [ml]
Concentration Mg [mol/l]
1
10
19.7
0.009852726
2
10
19.7
0.009852726
3
10
19.8
0.009902739
4
10
19.7
0.009852726
5
10
19.6
0.009802712
Moyenne :
0.009852726
écart type :
3.53651E-05
CV :
0.003589375
Tableau 5 : Analyse du magnésium
Analyse du calcium :
Préparer une solution de calcium 0.01 M en prélevant 0.25 [g] de carbonate de calcium (CaCO3)
préalablement sécher. Y dissoudre dans 10-20 [ml] d’eau déminéralisée et chauffer la solution à 60 °C.
Ajouter du HCl 4 M goutte à goutte jusqu’à la complète dissolution du sel. Compléter à 250 [ml] avec
de l’eau. La concentration réelle ainsi la masse prélevée sont inscrites dans le tableau 6 qui suit :
mm [g/mol]
Concentration [mol/L
Volume [L]
m CaCO3 [g]
théorie
100.087
0.01
0.25
0.2502175
pratique
100.087
0.010095217
0.25
0.2526 ± 0.0001
Tableau 6 : Solution de calcium
La réaction qui s’opère est la suivante :
CaCO3 (s) + 2HCl(aq) → Ca+
(aq) + 2Cl- (aq) + CO2 (gaz) + H2O(l)
Pipeter 10 [ml] de la solution et y ajouter 1 [ml] de NaOH 4 M. Le pH doit être supérieur à 12. Laisser
reposer pendant 5 [min] avant d’ajouter 5-10 gouttes de la solution de HHSNN. Titrer avec la solution
d’EDTA. Cette procédure est répétée 5 fois. Les résultats obtenus sont répertoriés dans le tableau 7 qui
suit :
N°
Volume Ca utilisé [ml]
Volume EDTA utilisé [ml]
Concentration Ca [mol/l]
1
10
19.2
0.009602656
2
10
19.1
0.009552643
3
10
19.2
0.009602656
4
10
19.1
0.009552643
5
10
19.2
0.009602656
Moyenne :
0.009582651
écart type :
2.73937E-05
CV :
0.002858677
Tableau 7 : Titrage du calcium