[Chimie analytique] Fonctionnement d'un titrage ph métrique FOS/TAC.

[FORNI Celian]

Bonjour à tous,

Je suis un jeune alternant en chimie analytique dans une entreprise agro alimentaire de méthanisation, cette entreprise reçois tous les jours des produits alimentaires périmés qu'on hydrolyse avant de les mettre dans un digesteur afin de transformer la matière organique en méthane CH4 et CO2.
Tous les jours je réalise une analyse dont je ne comprends pas comment j'obtiens la valeur mesurée, je souhaite avec votre aide comprendre comment ça marche.

Le titrateur fait un titrage ph métrique d'une solution de "Digesteur" qui contient du HCO3-(aq), NH3 (aq), H20 (l) et des acide faibles AGV (aq) [ex : le MeCOO-] dans le bécher (5mL de digesteur dans 50 mL d'eau) et dans la burette une solution de H2SO4 à 0.05 mol/L. Le titrage démarre et relève 2 points d'équivalences qui sont TOUJOURS à ph = 5 et à ph = 4.4 mais avec un volume de H2SO4 qui varie. Le 1er équivalence à ph = 5 permet de calculer le TAC en mg de CaCO3/L c'est à dire l'alcalinité de l'eau et donc la capacité tampon du solvant. Le 2nd équivalence à ph = 4.4 permet de calculer le FOS en mg/L c'est à dire la concentration en acide acétique.

Le soucis étant que je n'arrive pas à comprendre 1) comment on mesure le pH // 2) comment on mesure le TAC pouvoir tampon de l'eau // 3) comment on mesure la concentration de MeCOOH ?

Pour le ph, selon un article spécifique sur la méthanisation, seul la réaction HCO3- + H+ -> H2CO3 (cad H2O + CO3) est utilisée pour mesurer le ph car les autres réactions avec les bases sont négligeables. Du coup, je me retrouve à avoir K=[H2O]*[CO2]/([H+]*[HCO3-]) = 1/Ka = 1/10^-6.3 = 10^6.3 mol/L. Or CO2 est un gaz donc on écrit P(CO2) et non [CO2], d'où [H+] = P(CO2)/(K*[HCO3-]). Je ne sais pas si c'est bon ... Après, je me suis dis, puisque HCO3- est une espèces amphotère, son pH serait pH = 0.5*(pKa1+pKa2) = 0.5*(10.33 + 6.3) = 8.315 mais ça ne colle pas avec mes valeurs qui vont de 7.5 à 8.2.

Pour le titrage TAC, on cherche à mesurer la concentration en base HCO3- à l'aide de H2SO4 à 0.05 mol/L. La réaction est donc : dissociation acide fort H2SO4 = 2H+ + SO42- ;; réaction HCO3- + H+ -> H2CO3 cad H2O + CO3. En posant un tableau d'avancement, puisque H2SO4 est à 0.05 mol/L <=> 4.9 g/L on libère 9.8 g/L de H+ qui réagissent avec HCO3-. A l'équivalence on a n(H) = n(HCO3-) <=> c(HCO3-) = [H+]*Veq/V(HCO3-). On oubliera pas de multiplié la valeur par le facteur de dilution de 10 car on a mis 5mL de digesteur dans 50 mL d'eau. On doit trouver une valeur de l'ordre de 15 000 mg de CaCO3/L et je n'ai absolument pas ça.

Pour le titrage FOS, on cherche à mesure la concentration en acide gras volatil AGV, la réaction est : A- + H+ -> AH avec A- l'AGV qui sont 3 MeCOO- EtCOO- PrCOO- et H+ issue de H2SO4. A l'équivalence on a n(H) = n(AGV) <=> c(AGV) = [H+]*Veq/V(AGV). On doit trouver une valeur de l'ordre de 5 000 à 8 000 mg/L

Je vous remercie d'avance de m'avoir lu et je vous adresse mes sincères salutations à ceux qui m'aideront.
Bonne journée

Cordialement

M. FORNI Célian
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[gts2]

c(HCO3-) = [H+]*Veq/V(HCO3-). On oubliera pas de multiplié la valeur par le facteur de dilution de 10 car on a mis 5mL de digesteur dans 50 mL d'eau. On doit trouver une valeur de l'ordre de 15 000 mg de CaCO3/L et je n'ai absolument pas ça.

Comme on n'a pas la valeur du volume équivalent, difficile de vérifier. On a dire Veq=10 mL, soit c=2x0,05*10/5=0,2 mol/L soit 20 g/l : donc cela marche.

"On oubliera pas de multiplier la valeur par le facteur de dilution de 10 car on a mis 5mL de digesteur dans 50 mL d'eau." Là vous vous compliquez la vie, la quantité de matière se conserve, donc on calcule à partir de ce que l'on a introduit (les 5 mL de digesteur)

relève 2 points d'équivalences qui sont TOUJOURS à ph = 5 et à ph = 4.4.

Vous êtes sûr, parce qu'avec deux pH aussi proches, on doit avoir du mal à voir qqch.

Pour le ph, selon un article spécifique sur la méthanisation, seul la réaction HCO3- + H+ -> H2CO3 (cad H2O + CO3) est utilisée pour mesurer le ph car les autres réactions avec les bases sont négligeables. Du coup, je me retrouve à avoir K=[H2O]*[CO2]/([H+]*[HCO3-]) = 1/Ka = 1/10^-6.3 = 10^6.3 mol/L. Or CO2 est un gaz donc on écrit P(CO2) et non [CO2], d'où [H+] = P(CO2)/(K*[HCO3-]). Je ne sais pas si c'est bon ... Après, je me suis dis, puisque HCO3- est une espèces amphotère, son pH serait pH = 0.5*(pKa1+pKa2) = 0.5*(10.33 + 6.3) = 8.315 mais ça ne colle pas avec mes valeurs qui vont de 7.5 à 8.2.

Le pKa de 6,3 est relatif à H2CO3. Vu que vous avez dosé HCO3- la solution est une solution de H2CO3 donc d'un acide faible, compliqué par le fait qu'il y a aussi des CH3CCO- pas en même concentration.
Un calcul à la louche donne un pH de 5,4.

On doit trouver une valeur de l'ordre de 5 000 à 8 000 mg/L

Disons 6g/L soit 0,1 mol/L cela donne un Veq de 5 mL.

Le tout aux erreurs de calcul près.