Pour aller plus loin. La solubilité du dioxygène dans l'eau vaut 9,1…

Exercice supplémentaire · niveau 3 (difficile) · chimie (première), chapitre 7 — Cohésion, dissolution et solubilité · Aux frontières : biologie et environnement

Énoncé

Pour aller plus loin. La solubilité du dioxygène dans l'eau vaut $9, 1 mg / L$ à $20^{\circ}$ C et $7, 0 mg / L$ à $35^{\circ}$ C. Une truite a besoin d'au moins $6 mg / L$ , une carpe d'au moins $3$ .

Un gaz apolaire comme $O X_{2}$ est très peu soluble dans l'eau : justifier.
Convertir la solubilité à $20^{\circ}$ C en $mol / L$ ( $M (O X_{2}) = 32, 0 g / mol$ ) et la comparer à la concentration du dioxygène de l'air ( $\approx 8, 7 mol / m^{3}$ ).
Le rejet d'eau tiède d'une centrale porte une rivière de $20$ à $35^{\circ}$ C. Quelle conséquence pour la faune ? Pourquoi parle-t-on de « pollution thermique » ?

Corrigé

1. $O X_{2}$ est une molécule diatomique homonucléaire : liaison non polarisée, molécule apolaire. L'accueillir dans l'eau obligerait à écarter des molécules d'eau, donc à rompre des ponts hydrogène, sans rien offrir en échange — $O X_{2}$ ne sait établir que du Van der Waals très faible. Le bilan est défavorable : la solubilité reste minuscule.

2. $C = \frac{9 , 1 \times 1 0 ^{- 3}}{32 , 0} = 2, 8 \times 1 0^{- 4} mol / L$ , soit $0, 28 mol / m^{3}$ . C'est environ $31$ fois moins que dans l'air ( $8, 7 mol / m^{3}$ ) : un poisson doit faire passer sur ses branchies un volume d'eau considérable pour respirer, ce qui explique le débit permanent de leur ventilation.

3. La solubilité chute de $9, 1$ à $7, 0 mg / L$ , soit $- 23 %$ . La truite ( $6$ minimum) reste théoriquement au-dessus du seuil, mais la marge tombe de $3, 1$ à $1, 0 mg / L$ : la moindre pollution organique, qui consomme du dioxygène, la fera passer sous le seuil. La carpe, plus tolérante, survit. Le peuplement se déplace donc vers les espèces peu exigeantes.

On parle de pollution thermique parce que le rejet ne contient aucune substance toxique : c'est la seule élévation de température qui dégrade le milieu, en diminuant la solubilité d'un gaz vital tout en accélérant le métabolisme des animaux — donc leur besoin en dioxygène. Les deux effets vont dans le mauvais sens.

Contrôle : la solubilité des gaz diminue avec la température, à l'inverse de celle des solides. On le vérifie sur une casserole d'eau qu'on chauffe : les bulles apparaissent bien avant l'ébullition — ce sont les gaz dissous qui s'échappent.

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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.