Identifier les ions présents dans une eau
Reconnaître la présence d'un ion en solution par un test caractéristique. Maîtriser les 6 tests classiques (Fe²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Cl⁻, SO₄²⁻, Ca²⁺) avec leurs réactifs et leurs précipités colorés. Appliquer à la qualité d'une eau d'irrigation et au diagnostic d'une pollution (cuivre, sulfates).
- →Définir ce qu'est un ion (atome ou groupe d'atomes chargé)
- →Connaître les 6 tests caractéristiques classiques en chimie
- →Choisir le bon réactif pour identifier un ion donné
- →Observer et nommer la couleur d'un précipité
- →Conclure sur la présence d'un ion dans un échantillon d'eau
- →Comprendre l'enjeu de ces tests en analyse d'eau d'irrigation
01Notion d'ion et de précipité
Ion.Un ion est un atome (ou un groupe d'atomes) qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Il porte donc une charge électrique. S'il est chargé positivement, on l'appelle cationion positif. Réponse : cation (exemples : Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺). S'il est chargé négativement, on l'appelle anion (exemples : Cl⁻, SO₄²⁻).
Précipité.Un précipité est un solide qui se forme dans une solution lors d'une réaction chimique. Il rend la solution trouble ou colorée. La présence et la couleur du précipité caractérisentidentifient de manière unique. Réponse : caractérisent l'ion testé : c'est le principe des tests d'identification.
| Symbole | Nom de l'ion | Présence dans l'environnement |
|---|---|---|
| Fe²⁺ | Ion fer II | Eaux de pluie stockées dans cuves métalliques |
| Fe³⁺ | Ion fer III | Rouille des outils, eaux ferrugineuses |
| Cu²⁺ | Ion cuivre II | Fongicides cupriques (bouillie bordelaise) |
| Cl⁻ | Ion chlorure | Sel, eau du robinet, larmes |
| SO₄²⁻ | Ion sulfate | Engrais sulfatés, gypse, plâtre |
| Ca²⁺ | Ion calcium | eau dureeau calcaire. Réponse : eau dure, lait, os |
Les ions ne se voient pas à l'œil nu en solution : une eau contenant des ions calcium reste parfaitement transparente. C'est précisément pour cette raison qu'on a besoin de réactifs : ils transforment l'ion invisible en un précipité visible et coloré qui permet de conclure.
02Les 6 tests caractéristiques
On verse goutte à goutte un réactif spécifique dans la solution à tester. Si l'ion recherché est présent, il forme avec le réactif un précipité de couleur caractéristique. Sinon, rienaucune modification visible. Réponse : rien ne se passe.
| Ion testé | Réactif | Précipité formé | Couleur |
|---|---|---|---|
| Fe²⁺ | Soude NaOH | Fe(OH)₂ | vertcouleur naturelle. Réponse : vert |
| Fe³⁺ | Soude NaOH | Fe(OH)₃ | rouillecomme la rouille. Réponse : rouille |
| Cu²⁺ | Soude NaOH | Cu(OH)₂ | bleu |
| Cl⁻ | Nitrate d'argentAgNO₃. Réponse : Nitrate d'argent | AgCl | blanc (noircit à la lumière) |
| SO₄²⁻ | Chlorure de baryum BaCl₂ | BaSO₄ | blanc |
| Ca²⁺ | Oxalate d'ammonium | CaC₂O₄ | blanc |
- 1Prélever 2 à 3 mL de la solution à tester dans un tube à essai propre.
- 2Ajouter quelques gouttes du réactif spécifique de l'ion recherché.
- 3Observer : y a-t-il formation d'un précipité ? De quelle couleur ?
- 4Comparer au tableau des tests caractéristiques : la couleur identifie l'ionparticule recherchée. Réponse : ion.
- 5Si aucun précipité : l'ion testé n'est pas présent (ou en quantité trop faible).
- 6Pour identifier plusieurs ions inconnus : faire un test par tube à essai séparé.
Choisis un ion à tester et un réactif. Observe la couleur du précipité formé. Essaie d'identifier l'ion « inconnu » en utilisant plusieurs réactifs jusqu'à trouver celui qui forme un précipité.
03Application : analyse d'une eau d'irrigation
Un horticulteur observe que ses plantes en pot souffrent. Il prélève l'eau d'irrigation et fait deux tests : avec soude, il obtient un précipité bleuRéponse : bleu ; avec chlorure de baryum, il obtient un précipité blanc. Conclusion : l'eau contient des ions Cu²⁺ (probable lessivage d'un fongicide cuivré voisin) et des ions SO₄²⁻. L'eau est impropre à l'arrosage de plantes sensibles au cuivre.
En NJPF, ces tests permettent un diagnostic rapide sur le terrain : eau d'irrigation contaminée, sol pollué par lessivage de produits phytosanitaires, qualité d'une eau de pluie collectée. Une analyse complète passe ensuite par un laboratoire (spectrophotométrie, dosage), mais ces tests donnent déjà une idée précise des ions présents.
Exercices
Exercice 1— Choisir le bon réactifOuvrir
Pour chacun des ions suivants, indiquer le réactif à utiliser pour le mettre en évidence et la couleur du précipité attendu : (a) Cl⁻, (b) Fe³⁺, (c) Cu²⁺, (d) SO₄²⁻.
✓ Correction
- (a) Cl⁻ : nitrate d'argent AgNO₃ → précipité blanc qui noircit à la lumière.
- (b) Fe³⁺ : soude NaOH → précipité rouille.
- (c) Cu²⁺ : soude NaOH → précipité bleu.
- (d) SO₄²⁻ : chlorure de baryum BaCl₂ → précipité blanc.
Exercice 2— Identifier 3 ions dans une eauOuvrir
Une eau d'irrigation est testée en 3 tubes séparés. Tube A : avec soude → précipité vert. Tube B : avec nitrate d'argent → précipité blanc qui noircit. Tube C : avec chlorure de baryum → aucun changement. (a) Quels ions sont présents et lesquels sont absents ? (b) Pourquoi peut-on dire que l'eau n'est probablement pas potable mais reste utilisable pour l'arrosage ?
💡 Indice
Croiser les observations avec le tableau des tests caractéristiques.
✓ Correction
(a) Ion Fe²⁺ présent (précipité vert avec soude). Ion Cl⁻ présent (précipité blanc qui noircit avec AgNO₃). Ion SO₄²⁻ absent (pas de précipité avec BaCl₂).
(b) La forte teneur en fer (Fe²⁺) donne un goût métallique et peut tacher la vaisselle ; l'eau n'est pas idéale en boisson mais reste sans toxicité majeure pour l'arrosage d'un jardin (le fer est même un micronutriment pour les plantes).
Exercice 3— Diagnostic pollution sur exploitation maraîchère (problème ouvert)Ouvrir
Une parcelle maraîchère présente une chlorose progressive sur les jeunes plants. Le producteur soupçonne une contamination par un fongicide cuivré utilisé en limite de propriété. (a) Proposer un protocole en 4 étapes pour vérifier la présence d'ions cuivre dans l'eau d'irrigation issue d'une mare située en aval. (b) Quelle observation confirmerait la contamination ? (c) En cas de contamination avérée, quelles seraient les conséquences pour l'écosystème (vie aquatique de la mare, sols) ?
Indice : la bouillie bordelaise est une suspension de sulfate de cuivre. Penser à ce qui se passe quand elle est lessivée.
✓ Correction
(a) 1) Prélever 50 mL d'eau dans la mare, dans un flacon propre. 2) Décanter 24 h pour éliminer les particules en suspension. 3) Verser 3 mL de l'eau claire dans un tube à essai et ajouter 5 gouttes de soude. 4) Observer la formation éventuelle d'un précipité et sa couleur.
(b) Un précipité bleu confirmerait la présence d'ions Cu²⁺ — donc une contamination par la bouillie bordelaise lessivée. Un précipité blanc avec BaCl₂ confirmerait aussi la présence de SO₄²⁻ (couple cuivre + sulfate de la bouillie).
(c) Les ions Cu²⁺ sont toxiques pour la faune aquatique (poissons, batraciens, invertébrés) dès quelques ppm. Ils inhibent aussi la microfaune du sol (vers de terre, bactéries) — d'où le passage en culture biologique réglementé sur l'usage du cuivre. Sur les plantes, accumulation chronique conduisant à la chlorose puis nécrose.