Réaction Acide phosphorique et eau de piscine

[invite8f854258]

Bonjour à tous,

De l'acide phosphorique a été déversé dans une piscine traitée au chlore non stabilisé. A priori, il y a eu un dégagement de chlore gazeux (irritation importante des voies respiratoires des personnes présentes). J'aimerai connaitre la réaction chimique qui s'est le plus probablement produite. Quelqu'un m'a proposé la réaction suivante :

H3PO4 + HOCl + OCl- ------------> Cl2 + 2H2O + PO4

H3PO4 = acide phosphorique contenu dans le produit de nettoyage
HOCl = acide hypochloreux = chlore actif présent dans l’eau de la piscine
OCl- = ion hypochlorite = chlore inactive présent dans l’eau de la piscine
Cl2 = dichlore = chlore gazeux hautement agressif pour les voies respiratoires
2H2O = molecules d’eau
PO4 = phosphates

Je suis malheureusement pas doué en chimie, mais il me semble que cette réaction n'est pas équilibré électriquement. Quelqu'un peut il m'aider ?

D'avance merci....
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[petitmousse49]

Bonjour
De nombreuses piscines privés sont désinfectés "au chlore " comme on dit couramment. Il s'agit en fait d'un abus de langage : si on produit du dichlore gazeux Cl2 par électrolyse de l'eau de la piscine légèrement salée, tant que le pH de l'eau de la piscine est maintenu à une valeur supérieure à 3,5, ce qui est toujours le cas puisque l'eau des piscine est en général maintenu à pH proche de 7,3 , ce dichlore se dismute en ions chlorure et en acide hypchloreux :

L'acide hypochloreux peut alors réagir partiellement sur l'eau pour donner des ions hypochorite :

le pKa du couple (HOCl/ClO^-) étant très proche du pH de l'eau de la piscine, 50% environ de l'acide hypochloreux se transforme en ions hypochlorite.
Imagine maintenant que tu ajoutes une grande quantité d'acide (phosphorique ou autre) dans l'eau de la piscine, tu auras alors la réaction inverse de la dismutation, à savoir la formation de dichlore très dangereux pour la santé :

les ions H⁺ étant fournis par la réaction de l'acide phosphorique sur l'eau.
Cela dit : je suis un peu sceptique : pour faire passer le pH de l'eau de la piscine d'une valeur voisine de 7 à une valeur voisine de 3, il faut ajouter une quantité d'acide considérable...

[moco]

Bonjour,
En effet, cette équation présente un haut degré de fantaisie. La véritable réaction se passe en deux temps. Tout d'abord c'est :

H₃PO₄ + H₂O --> H₃O⁺ + H₂PO₄^-

Puis le H₃O⁺ réagit avec l'eau de Javel (ou ses substituts, qui contiennent toujours des ions ClO^- et un excès de Cl^-)

2 H₃O⁺ + ClO^- + Cl^- --> H₂O + Cl₂

Si tu y tiens, on peut faire la somme de ces deux équations.

Ce qui complique un peu les choses, c'est que, selon le pH de l'eau, il est possible qu'une partie des ions H₂PO₄^- formés dans un premier temps réagissent à leur tour avec l'eau pour former une seconde quantité d'ions acides H₃O⁺, selon l'équation :

H₂PO₄^- + H₂O --> H₃O+ + HPO₄^2-

[invite8f854258]

Tout d'abord un grand merci à tous les deux pour vous réponses aussi rapides que précises.

Pour répondre à l'interrogation de petitmousse 49, la réaction s'est produite dans une piscine couverte, chauffée et mal ventilée. Le produit incriminé est un détartrant composé à 25% d'acide phosphorique et 10% d'acide sulfamique. Contrairement à la FDS, il a été utilisé pur (pH de 0,4 à 20°C !!!) pour nettoyer les plages puis rincé à grandes eaux. Une partie du produit à donc été projeté dans l'eau chlorée du bassin de baignade.

Est il alors possible que la réaction n'ait eu lieu que très localement, dégazant un concentration significative en dichlore ? En effet, la valeur limite d'exposition au dichlore est seulement de 1,5 mg/m3... Dans ce cas, est il vraiment nécessaire d'ajouter une quantité d'acide considérable ?

Puis-je encore abuser de votre science et de votre disponibilité pour m'aider à calculer la quantité de dichlore qui aurait été produite en regard des hypothèses suivantes ? :

• la quantité de détartrant déversée dans le bassin est de 5 litres (25% d'acide phosphorique + 10% d'acide sulfamique) ;
• le volume du bassin est de 500 m3 ;
• la teneur en chlore libre (HOCl + ClO-) est de l'ordre de 1,5 mg/l ;
• le chlore total (chlore libre + chloramine) est de l'ordre de 2 mg/l ;
• la température de l'eau est de 29°C et le pH de 7,3.

Merci d'avance pour vos réponses.

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[petitmousse49]

Ton hypothèse d'une réaction locale est sans doute la bonne. Je dispose d'une piscine de volume 50m³ dans laquelle il m'arrive, en guise de "pH moins" d'ajouter un litre d'acide fort (hydrogénosulfate de sodium ou même acide chlorhydrique) de concentration voisine de 6mol/L ; la diminution de pH constaté est d'environ 0,2 unité de pH mais je fait attention à bien répartir l'acide dans tout le volume de la piscine pour éviter toute chute brutale localisée de pH.. Il est inenvisageable, comme je le disait précédemment que verser un peu d'acide dans 500m³ d'eau puisse faire passer le pH de 7,3 à 3,5, pH maximum permettant la réaction de formation du dichlore mais un pH localement aussi bas est envisageable.
Le pKa du couple H2PO4^-/HPO4^2- étant voisin de 7 et la réaction de formation de cl2 se produisant localement pour pH inférieur à 3,5 environ, on peut, "à la louche" considérer que l'acide phosphorique se comporte comme un monoacide libérant dans l'eau un ion H3O⁺ .
A pH voisin de 3, les ions hypochlorite sont ultraminoritaires par rapport à l'acide hypochloreux (pKa=7,3). Il faut donc une mole d'ions H3O⁺ pour libérer une mole de Cl2 selon l'équation de la réaction que j'ai écrite précédemment.
Une mole d'acide phosphorique est donc susceptible de libérer 1mole de Cl2, idem pour l'acide sulfamide qui se comporte ici en acide fort.
La difficulté du calcul vient du fait que sans doute très peu d'acide renversé à réagit : assez vite le phénomène de dilution a dû faire remonter le pH à des valeurs interdisant la formation de dichlore. Pour bien comprendre tout cela, il faut faire intervenir le diagramme potentiel-pH de l'élément chlore diagramme de Pourbaix)...

[moco]

Bonjour,
La quantité de chlore Cl2 qui a pu être libéré ne dépend pas de la quantité d'acide versé, mais seulement de la quantité de chlore ou de Javel introduite. Et tu dis que ton eau contient 1.5 mg de Cl2 par litre. Comme ton bassin contient 500 m3 d'eau, cela correspond à 750 g de Cl2 au total. Mais ces 750 g de Cl2 ne vont jamais se dégager, car le chlore est assez soluble dans l'eau (7 g/L). Seule une petite partie va passer dans l'air, conformément à la loi de Raoult. Et hélas j'ignore la valeur de la constante de Raoult à 29°C.

[invite8f854258]

De nouveau un grand merci pour la précision et la rapidité de vos réponses...

[ecolami]

Bonjour,
Le chlore peut être aussi produit par la décomposition d'acide Trichloroisocyanurique, ou de Dichloroisocyanurate de sodium. L'emploi d'hypochlorite de Calcium est rare.
La présence d'Acide Sulfamique et de Chlore libre aboutit a une destruction de l'acide sulfamique en acide sulfurique et produi,t selon toute vraisemblance, des chloramines très irritantes.
L'acide phosphorique a un effet tampon au voisinage de chacun de ces 3 acidités. Le dégagement de gaz irritant est sans doute plus dû aux chloramines qu'au chlore.