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Technical Report NTB 89-08

The coordination chemistry of humic substances

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Les humines dissoutes représentent des ligands qui influencent la spéciation des cations dans les eaux naturelles. Les calculs sur modèle doivent tenir compte de cette influence.

Opérationnellement, les humines dissoutes sont subdivisées en acides humiques et fulviques. Ces deux groupes sont des macromolécules polyfonctionnelles d'une grande diversité structurelle. Vu qu'elles ne représentent pas de substances homogènes on ne peut décrire leur comportement chimique en solution qu'à l'aide de modèles simplifiés à l'extrême.

Le comportement de protolyse des humines est essentiellement déterminé par des groupes de carboxyles et d'hydroxyles phénoliques, dont l'acidité est modifiée par l'influence de substituants. Un modèle partant chaque fois, pour les deux groupes acides, d'une répartition normale des valeurs PKa apparaît comme étant chimiquement bien fondé.

Mais il n'existe pas de modèles donnant une description – élémentaire et en harmonie avec la réalité chimique – du comportement de ligands variés des humines. Tous les modèles procèdent à de si fortes simplifications qu'ils sont tout en fait en mesure de reproduire des données expérimentales, mais ne permettent pas d'extrapolation à des domaines de concentration que l'expérience ne couvre pas.

Dans le sens d'une description minimale, on peut traiter les complexes humiques comme le mélange de deux à trois complexes individuels, avec stœchiométrie 1:1. Les constantes de stabilité et les concentrations des ligands individuels sont des paramètres ajustables, dépendant des concentrations choisies. Elles ne s'appliquent en outre que pour certaines valeurs pH et forces ioniques. Vu que l'on ne dispose pas d'un modèle simple décrivant la dépendance du pH de la complexation, on ne peut pas appliquer – même approximativement – les données de la littérature, obtenues pour la plupart pour des pH bas, aux eaux naturelles.

Les humines influencent non seulement le comportement chimique des métaux en solution, mais aussi leur comportement de sorption sur les minéraux. Les surfaces minérales sont modifiées par l'adsorption de matériel organique et présentent alors un comportement de sorption différent. Ces processus sont compris qualitativement.

L'avenir proche ne livrera pas de modèle prévisionnel de la complexation par les humines, et l'on propose donc des expériences qui décrivent empiriquement l'interaction métal/humine pour les valeurs pH et des rapports métal/ligand réalistes. Outre les études de paramètres et les expériences dans les eaux de modèle et de site, des études d'analogie devraient aussi s'avérer utiles.

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