L'activité

Pages: 13 (3023 mots) Publié le: 8 décembre 2012
NOTE

TECHNIQUE

Calcul des activités ioniques dans une solution aqueuse
Programme ACTIVE
J.P. (1) Pédologue
ORSTOM

pour IBM-PC et compatibles
(l), M. RIEU (2)
- 70, route d’Aulnay - 93140 Bondy

MONTOROI

- BP 1386 - Dakar - Sénégal -

(2) Pc!dologue ORSTOM

1. GÉNÉRALITÉS Le calcul proposé ici a pour objet d’établir simplement, mais avec une bonne précision, l’activité desions libres dans une solution aqueuse dont la force ionique n’excède pas 0.1. Il est conçu avant tout pour le traitement des données brutes fournies par le laboratoire après dosage des ions majeurs dans les eaux naturelles. On ne cherche pas à calculer une distribution exhaustive tenant compte de toutes les espèces possibles en solution : on néglige les paires d’ions formées avec OH- et l’on admetque pour une force ionique inférieure à 0.1, la totalité de Na, K et Cl sont sous la forme libre Na+, K+ et Cl-. On considère que si l’on tient compte des paires d’ions majeures : CaC03”, MgC03”, CaHCOJ + , MgHC03 + , H&O3’, CaS04”, MgS04’, la correction obtenue sur les concentrations totales de Ca, Mg, S04, HC03 et CO3 est suffisante pour déterminer avec une bonne précision les concentrations desions libres correspondants. On fait l’approximation que les paires d’ions non chargées ont un cœfficient d’activité égal à 1 et que les paires d’ions monovalentes ont un cœfficient d’activité sensiblement égal à celui de HC03- (HELGESON, 1969).
1.1.Eléments

du calcul

- On dispose des concentrations totales (molalités) de : K+, Na+, Ca++, Mg++, Cl-, SO4-- et du pH ou de la pC02. - Oncherche à déterminer la molalité et l’activité des 18 espèces : COz, H$ZOs’,HCOs-, Cos--, H+ , OH-, K + , Na+, Ca+ + , Mg + + , Cl-, SOd-‘, CaHCOs + , MgHCOs + , CaCOs”, CaS04”, MgCO,“, MgS04”. - On dispose des 17 équations suivantes : (les valeurs et références des constantes thermodynamiques proviennent de FRITZ, 1975).
EQUILIBRES DE DISSOCIATION [H2COo] W30+1 W30+1 / pC02 . [HC03-1/ = Ko [H2CO31 =10-1.46 = 10-6.35 HELGESON = K, K2 & KS & (1969) (1969) et

. [CO3=] / [HCO;]

[H30+]
[Ca++]

[Ca++] [Ca++]
D%++l [Mis++1 [Mg++1

[OH-] [CO3=] [S04=] [HC03-]/ . [CO3=] . [S04=] . [HC03-]

. . . .

= K, / [CaC03”] / [CaS04”] [CaHC03+] / [MgC03”] / [MgS04”] / [MgHC03+]

= = = = = = = =

10-10.32 = 10-14 10-3.20 = 10-2.31 = 10-3.40 =

à partir de HELGESON LANGMUIR (1969) LANGMUIR(1969) LATIMER (1952) HELGESON (1969)
HELGESON (1969)

calculé

10-1.27 = Ka 10-2.25 = K, 10-0.9 = Kg

calculé à partir de BERNER (1971) et LANGMUIR
KHARAKA et BARNES (1973) HELGESON (1969) KHARAKA et BARNES (1973)

(1969)

Cah. ORSTOM, s&. Pédol., vol. XXIII, no 2. 1987: 133-130

133

J.P.

MONTOROI,

M. RIEU

CONVERSATION DE MASSE Kt Na, C’t Cat = = = = K+ Na+ cl-

Mg,S04,

Ca+ + + CaC03” = Mg+ + + MgC03” = SO.,= + CaS04”

+ CaS04” + CaHC03 + + MgS04” + MgHC03+ + MgS04” HC03-

ELECTRONEUTRALITÉ

2. (Ca++ + Mg+ + - S04= - CO3=) + K+ + Na+ + H+ + CaHC03+ + MgHC03+ OH- - Cl- = 0. pc02 ou pH étant connu, on a à résoudre un système de 17 équations à 17 inconnues. 1.2. Organisation du calcul

L’activité des ions libres est obtenue en multipliant laconcentration de ces derniers par leur cœfficient d’activité. Le cœefficient d’activité est calculé avec l’expression de DEBYE et HÜCKEL. Dans cette expression apparaît la force ionique de la solution étudiée. La détermination de la force ionique requiert la connaissance préalable des concentrations de toutes les espèces chargées. Or ces concentrations ne peuvent être déterminées qu’à la suite du calcul dela distribution des espèces totales en paires d’ions et ions libres. Mais le calcul de cette distribution suppose connus les cœfficients d’activité. Le calcul est donc apparemment insoluble. On le résout par approximations successives (ou itérations convergentes) (1) :
a) FORCE IONIQUE

Etape 1 On fixe arbitrairement la force ionique 1 = 0 ; ce qui implique que les coefficient - on calcule...
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