Cette section présente les notions chimiques de base relatives à la dureté totale, pour calculer la dureté d'une eau, déterminer les relations existantes entre les différentes unités de mesure et établir les équivalences généralement utilisées pour exprimer la dureté totale.
Cette partie est réservée aux amateurs ayant quelques connaissances en chimie, mais tout aquariophile peut simplement s'intéresser aux formules résultant de ces calculs.
Nous pouvons calculer la dureté totale d'une eau dont nous connaissons les concentrations en calcium et en magnésium. C'est le cas de l'eau de ville de consommation, il suffit de demander ces informations auprès de votre compagnie des eaux ou de votre commune, c'est aussi le cas des bouteilles d'eaux minérales dont l'étiquetage affiche la composition de l'eau.
La dureté totale étant définie comme la concentration en mol/L des ions Ca2+ et Mg2+, soit en fonction de la concentration en g/L de Ca et de Mg :
[Ca2+]*(MCa)-1 + [Mg2+]*(MMg)-1
[Ca2+] et [Mg2+] sont les masses de calcium et de magnésium en g/L de l'échantillon d'eau.
MCa est la masse molaire en grammes par mole du calcium Ca2+ soit 40,08 g/mol.
MMg est la masse molaire en grammes par mole du magnésium Mg2+ soit 24,3 g/mol.
MO est la masse molaire en grammes par mole de l'oxygène O soit 16 g/mol.
MCaO est la masse molaire en grammes par mole de l'oxyde de calcium CaO2- soit 56,08 g/mol (40,08+16).
Compte tenu qu'à chaque mole de Ca2+ ou de Mg2+ correspond une mole de CaO-2, la dureté totale exprimée en g/l de CaO est :
[Ca2+]*(MCa)-1*MCaO + [Mg2+]*(MMg)-1*MCaO
Si les concentrations en calcium et magnésium sont exprimées en mg/L la formule donnant la dureté devient en g/L de CaO :
{[Ca2+]*(MCa)-1*MCaO + [Mg2+]*(MMg)-1*MCaO}*10-3
Et si le résultat est exprimé en mg/L la formule devient en mg/L de CaO :
{[Ca2+]*(MCa)-1*MCaO + [Mg2+]*(MMg)-1*MCaO}
Un degré GH étant défini comme l'équivalent de 10 mg/L de CaO, la dureté totale en °GH allemand est donc :
10-1*{[Ca2+]*(MCa)-1*MCaO + [Mg2+]*(MMg)-1*MCaO}
► La dureté totale exprimée en degré allemand °GH d'une eau en fonction de ses concentrations en mg/L de calcium et de magnésium est donc de :
0,14*[Ca2+] + 0,23*[Mg2+] °GH (1)
Note : 0,14 est l'arrondie de : 0,1399 et 0,23 est l'arrondie de 0,2307
En conséquence, un degré GH correspond aux équivalences suivantes :
- 10 mg/L de CaO par définition
- 0,1783 mmol de CaO ([CaO2-].(MCaO)-1 = 10/56,08)
- 7,14 mg/L de Ca2+ en l'absence de Mg, (1 °GH = 0,14.[Ca2+], soit [Ca2+] = 1/0,14)
- 4,33 mg/L de Mg2+ en l'absence de Ca, (1 °GH = 0,23.[Mg2+], soit [Mg2+] = 1/0,23)
- 17,85 mg/L de CaCO3, (Pour une mole de CaO2-, il y a une mole de CaCO32-, 1 °GH est égal à 0,1783 mmol de CaO ou de CaCO3, soit : 0,1783 x MCaCO3 = 0,1783 X 100,09 = 17,85 mg de CaCO3)
- 1,78 °f (le degré f est par définition égal à 10 mg/L de CaCO3)
La dureté totale en français est le titre hydrotimétrique TH exprimée en degré français °f, il correspond par définition à une équivalence de 10 mg/L de carbonate de calcium CaCO3 par degré. La dureté totale en °f d'une eau en fonction des concentrations en calcium et en magnésium qu'elle contient est égale à en °f :
10-1* {[Ca2+]*(MCa)-1*MCaCO3 + [Mg2+]*(MMg)-1*MCaCO3}
MCaCO3 est la masse molaire en grammes par mole du carbonate de calcium CaCO3 soit 100,09 g/mol (40,08+12,01+3x16)
► La dureté totale exprimée en degré français °f d'une eau en fonction de ses concentrations en mg/L de calcium et de magnésium est donc en °f de :
0,25*[Ca2+] + 0,41*[Mg2+] (2)
En conséquence un °f correspond aux équivalences suivantes :
- 10 mg/L de CaCO3 par définition
- 0,1 mmol de CaCO3 ou de Ca2+ ou de CaO2- ou de Mg2+
- 4 mg/L de Ca2+, (1 mmol de Ca2+ = 40,08 mg/L)
- 2,43 mg/L de Mg2+, (1 mmol de Mg2+ = 24,3 mg/L)
- 0,56 °GH, (1/1,78).
► Nous découvrons ici la relation existante entre un degré GH et un degré français TH :
1 °GH = 1,78 °f.
En effet l'équation de la ligne (1) multipliée par 1,78 donne l'équation de la ligne (2).
► Pour assimiler ces calculs ☛ Quelques notions de chimie