Couleurs de flamme des groupes 1/2 et adoucissement de l’eau dure

Ce qu’elle montre

Deux thèmes liés aux métaux des groupes 1 et 2. Lors du test de flamme, la chaleur excite les électrons des ions métalliques vers des niveaux d’énergie supérieurs ; en revenant à des niveaux inférieurs, ils émettent une lumière de longueurs d’onde fixées, si bien que chaque élément donne sa propre couleur de flamme et sa raie d’émission. La dureté de l’eau est due aux ions Ca²⁺ et Mg²⁺ dissous. La dureté temporaire, liée à l’hydrogénocarbonate, disparaît par ébullition, qui décompose HCO₃⁻ et précipite CaCO₃ ; la dureté permanente, due aux sulfates et chlorures, exige une précipitation par le carbonate ou un échange d’ions. Le test de mousse agite du savon ou un détergent synthétique avec de l’eau distillée, douce et dure : le savon forme un dépôt blanc de stéarate de calcium ou de magnésium et ne mousse qu’une fois tous les ions de la dureté précipités, si bien que compter les gouttes jusqu’à une mousse persistante mesure la dureté, alors que le détergent mousse dans toute eau.

Mode d’emploi

Choisissez Couleur de flamme ou Dureté de l’eau en haut. En mode flamme, sélectionnez un métal, cliquez sur Lancer et comparez la flamme avec la position de sa raie sur la bande du spectre. En mode eau, réglez le Type d’eau dure, choisissez une Méthode d’adoucissement, cliquez sur Lancer et lisez les barres de dureté en mmol/L ainsi que le résultat avec le savon. Essayez l’Ébullition sur une eau dure temporaire puis permanente avant de tester Na₂CO₃ et l’Échange d’ions. En mode Mousse de savon, choisissez l’Agent nettoyant et le Test, cliquez sur Agiter les 5 tubes et lisez la hauteur de mousse, ou choisissez un tube et ajoutez des gouttes jusqu’à ce que la mousse persiste ; comparez ensuite avec le détergent.

Paramètres modifiables

• Contenu Couleur de flamme, Dureté de l’eau et adoucissement, Test de mousse au savon
• Métal pour le test de flamme Lithium, Sodium, Potassium, Calcium, Strontium, Baryum
• Type d’eau dure Temporaire — Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, Permanente — CaSO₄, MgCl₂, Totale — les deux types
• Méthode d’adoucissement Non traitée, Ébullition, Solution de Na₂CO₃, Ca(OH)₂ juste suffisant, Échange d’ions
• Agent nettoyant (test de mousse) Savon (stéarate de sodium), Détergent synthétique
• Type de test Même quantité, mesurer la hauteur de mousse, Compter les gouttes jusqu’à une mousse persistante
• Gouttes d’agent nettoyant par tube 2–30 gouttes

Questions à explorer

1. Pourquoi l’ébullition adoucit-elle l’eau dure temporaire mais laisse-t-elle l’eau dure permanente presque inchangée ?
2. Quel métal donne une flamme jaune, et pourquoi peut-il masquer la couleur de flamme des autres métaux ?
3. Quelles méthodes d’adoucissement font passer l’eau dure totale sous 1 mmol/L, et comment éliminent-elles Ca²⁺ ?