Etude du calcaire d`un sable

Eau, dissolution, concrétion
Mots clés : Erosion, dissolution, concrétion. Surveillance et lutte contre les pollutions. Ressources
minérales dans les océans.
Objectifs : connaître les formes du calcium, lier avec les ions contenant du carbone
1. Mise en perspective : géologie.
1. Question ; quel élément chimique est caché
derrière ces mot-clé ?
Coup de pouce : on donne d’abord les éléments de
vocabulaire autour de cet élément chimique :
calcaire, calcium, carbonate de calcium.
2. Donner une idée du cycle de cet élément
chimique dans la biosphère, à partir des
documents.
3. Dans cette représentation placer les mots :
tartre, précipité…
2. Expérience simple : dissolution du calcaire
4. Les documents montrent que les eaux de ruissellement dissolvent le calcaire, comment
illustrer au laboratoire cette dissolution. Comment la rendre plus rapide, plus efficace ?
3. Manipulation : mise en évidence du calcaire dans le sable de la
plage de la Terrière (85).
Observer le sable à la loupe binoculaire identifier silice, silex, et des grains sombres ou jaunes.
Verser une micro goutte d’acide chlorhydrique sur le sable
5.
6.
7.
8.
Observer,
Conclure.
.Quel produit de cette dissolution est gazeux.
Proposer une traduction de cette réaction en français, et sous forme d’équation bilan.
4. Recherche personnelle, conclusion.
9. Pour sa semaine à venir préparer un court paragraphe sur le rôle de l’eau dans la formation
du sable. Prévoir d’envisager les aspects mécanique et chimique.
10. Vues la formation, la formule du calcaire quel lien entre les cycles du carbone et du calcium ?
11. Tenter une représentation de ces deux cycles.
12. Justifier le rôle de piège à carbone des roches calcaires et des océans.
L’équilibre des différentes formes du carbone doit être gardé pour plus tard dans un autre tp.
5. Méthode de mesure du taux de calcaire dans un sol, découverte.
13. Proposer une méthode de test qualitatif de la présence de calcaire dans un sol.
14. Comment rendre cette méthode quantitative ?
15. Donner une définition possible pour le taux de calcaire d’un sol.
6. Manipulation, mesure du taux de calcaire du sable ;
Schéma du montage :
Au lycée, un flacon à gaz est empli de 50mL d’acide chlorhydrique concentré (lunettes, gants), on
introduit une masse de sable pesé dans une poche de papier absorbant.
On ferme vite, le gaz est recueilli dans un tube par déplacement d’eau.
7. Exploitation des mesures
Rappel le volume d’une mole de gaz dans les conditions normales de température est 24L/mol.
Le volume de CO2 dégagé est V=______mL.
16. En déduire le nombre de mol de CO2.
17. Montrer que le nombre de mol de dioxyde de carbone correspond au nombre de mol de
calcaire.
18. La masse molaire du calcaire est 100g/mol, en déduire la masse de calcaire.
19. Calculer le taux de calcaire, c'est-à-dire le pourcentage en masse.
Eau, dissolution,
d
concrétion
8. Prolongement : le
e grès,
grès devenir
du sable
Falaise de grès de la plage d’A
’Almagreira, Péniche
Estremadura, Portugal.
Le grès est le résultat de la cimentation de grains de
sable, c’est une roche détritique Une roche détritique
contient au moins 50% de débris,
débr issus de l’érosion
ou d’organisme vivants.
Corrigé
1. Géologie
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1. L’élément
élément chimique est le calcium 20 Ca il est un composant des roches sédimentaires dans
le calcaire ou carbonate de calcium CaCO3. Il ne s’agit pas d’une
une molécule, plutôt
plutô d’un cristal
ionique. Un arrangement régulier d’ions
d
de signe opposés : l’ion
ion carbonate
CO32− .
Précision : le 3 est là pour l’élément
l
oxygène, le 2- est la charge globale de l’ion
l
poly
atomique.
Une représentation du cristal de calcaire.
2. Le cycle du calcium
Le calcaire est formé dans l’eau
eau par les foraminifères, qui réalisent la réaction
−
Ca 2+ + 2 HCO3 = CaCO3 + CO2 + H 2 O
La réaction inverse participe de l’érosion,
l érosion, le calcium retourne en solution. Les eaux sont acides
soitt naturellement soit après lessivage d’effluents
d
industriels,, on parle de pluies acides.
Une autre illustration est le précipité (trouble) de l’eau
l eau de chaux, qui correspond à la réaction
simplifiée
Ca 2+ + CO2 + H 2 O = CaCO3 + 2 H + le calcaire solide apparait comme un
précipité.
La version anglophone : Calcium carbonate will react with water that is saturated with carbon
dioxide to form the soluble calcium bicarbonate.
bicarbonate
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
This reaction is important in the erosion of carbonate rocks, forming caverns,
caverns and leads to
hard water in many regions.
3. Le tartre,
e, dentaire ou non est un précipité de carbonate de calcium.
4. Pour accélérer la réaction chimique, force est d’utiliser
d
une solution d’acide
acide concentrée, la
concentration des solutions en réactifs est un facteur cinétique.
2. Calcaire dans le sable vendéen.
5. Observation
On voit des grains vitreux (silice) des grains noirs ?,, des grains jaunes (cacaire) des grains bruns
silex ? La forme des grains tient à leur dureté, plus la roche est anguleuse plus elle est dure.
Eau, dissolution, concrétion
Action des ions H3O+
Les ions oxonium réagissent avec le calcaire mais pas avec le quartz et autres matériaux siliceux.
On voit donc des grains isolés danser sur une mousse de bulles de dioxyde de carbone.
6. Conclusion le sable est brassé mécaniquement les grains se frottent, et l’eau dissous le
calcaire, la part de matériau dur, et insoluble augmente.
7. Le produit est le dioxyde de carbone, forme gazeuse du carbone, présent à raison de 0,03%
dans l’atmosphère et atome central des édifices vivants.
8. Le calcaire réagit avec les ions oxonium pour donner de l’eau, du dioxyde de carbone gazeux
et des ions calcium.
CaCO3 + 2 H 3O + = Ca 2+ + CO2 + 3H 2 O
La réaction a servit aussi à lutter contre l’acidification des eaux, par addition de calcaire (en
anglais liming).
9. Au boulot
10. Les cycles du carbone et du calcium se touchent avec les composés : calcaire
CaCO3 ,
Bicarbonate de calcium Ca (HCO3 ) 2 ,
11. Balèze
12. Les roches calcaires immobilisent le carbone dans la structure, donc il n’est pas dans
l’atmosphère sous forme gazeuse.
3. Taux de calcaire d’un sol.
13. On verse de l’acide, si cela bulle a priori c’est du CO2 donc le calcaire est présent.
14. On mesure le volume de gaz produit en rapport avec la masse de terre, (sable).
15. Le taux de calcaire peut être le rapport masse de calcaire sur masse totale, sans unité, en %.
4. Manipulation quantitative
Il est nécessaire que l’acide soit en excès pour que tout le calcaire réagisse.
Calcul du nombre de mol, exemple ;
n=
Calcul de la masse de calcaire m = n.M = 520.10
On peut aussi utiliser le tableau de proportionnalité
Masse de calcaire
Volume de CO2
0,1g
24mL
Le pourcentage massique est le rapport
V
Vmolaire
−6
13.10 −3 L
=
= 520µmol
24 L
.100 = 52mg .
%agemassique =
Nombre de mol
1 mmol
masse de calcaire 0,1g
=
= 5%
massetotale
2g