L'hydrogénocarbonate de calcium est un produit d'altération qui se forme lorsque le carbonate de calcium se dissout dans l'eau et libère du CO2 gazeux. En se dissolvant partiellement dans l'eau, le dioxyde de carbone forme de l'acide carbonique (ou, en termes plus simples, H2CO3). L'acide carbonique se dissocie ensuite en hydrogénocarbonate (HCO4-), ce qui produit des protons libres.

L'hydrogénocarbonate de calcium est un composé qui se forme lorsque les ions calcium sont dissous dans l'eau. Il a la formule brute Ca(HCO3)2 et une masse molaire théorique de 162,11 g-mol-1.

Le bicarbonate de calcium n'est pas une substance pure, il n'existe que sous forme de solution impure. Cela signifie qu'il ne peut pas être représenté comme une substance pure dans des conditions normales et qu'il ne possède pas de propriétés telles que le point de fusion ou le point d'ébullition. Sa solubilité à 20 °C et 1 atm est de 1,66 g pour 100 g H2O, ce qui est bien plus élevé que celle du carbonate de calcium (1,4 mg pour 100 g H2O à 20 °C).

Le carbonate de calcium est un minéral qui se forme lorsque le calcium et le dioxyde de carbone se dissolvent dans l'eau. C'est le principal composant du calcaire, également connu sous le nom de calcite. Le carbonate de calcium se trouve à la surface de la terre sous de nombreuses formes différentes, par exemple dans le grès et la craie, mais aussi dans les coquillages et les récifs coralliens.

L'hydrogénocarbonate de calcium se forme lors de l'altération du calcaire par l'action de l'eau et du dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone se dissout partiellement avec l'eau pour former de l'acide carbonique, qui se dissocie ensuite en hydrogénocarbonate avec formation de protons. Parallèlement, le carbonate de calcium se dissout en petites quantités dans l'eau, libérant ainsi des ions carbonate. Ceux-ci reprennent les ions hydrogène offerts par l'acide carbonique et deviennent également des ions hydrogénocarbonate[3]. Lors de la dissolution carbonatée de la pierre calcaire, une partie équivalente des ions hydrogénocarbonate provient donc de l'acide carbonique, l'autre de la pierre.

Pour maintenir le bicarbonate de calcium en solution, une certaine concentration de ce que l'on appelle le "gaz carbonique associé" est nécessaire. Celui-ci est chimiquement identique à tout autre type de gaz carbonique ; ce n'est qu'une question de quantité.

Cet acide carbonique associé, en équilibre de dissociation avec les ions hydrogénocarbonate présents, ajuste le pH de l'eau juste assez bas pour que la proportion d'ions carbonate, qui dépend à son tour de ce pH, ne dépasse tout juste pas, avec la concentration de calcium présente, le produit de solubilité du carbonate de calcium.

Si la quantité d'acide carbonique libre présente dans la solution est supérieure à la quantité correspondante, cette quantité d'acide carbonique est appelée "excès" et peut réagir avec d'autres calcaires et les dissoudre. La quantité qui dissout davantage de calcaire et se transforme en bicarbonate de calcium supplémentaire est appelée "acide carbonique agressif pour le calcium". Le reste augmente le gaz carbonique associé à un nouveau niveau plus élevé.

Lorsque l'eau s'évapore ou est chauffée, le dioxyde de carbone s'échappe de la solution ; il peut également être réduit par photosynthèse. L'équilibre de dissociation du gaz carbonique se déplace alors à nouveau vers les ions carbonate, c'est-à-dire vers le côté gauche de l'équation de réaction ci-dessus. Le produit de solubilité du carbonate de calcium est ainsi à nouveau dépassé et il se forme à nouveau du calcaire insoluble. Ce processus est à la base de la formation de calcaire fritté, de travertin ou de tuf calcaire, mais aussi de la formation de sédiments calcaires (craie lacustre) dans les lacs et les océans. Le conglomérat Nagelfluh que l'on trouve dans les Préalpes du Nord (dépôts de la molasse ou éboulis glaciaires) peut également être formé de cette manière, le gravier ou les graviers étant agglomérés par le liant calcaire pour former un béton naturel.

Vous ne le savez peut-être pas, mais votre eau du robinet est effectivement un peu acide.

C'est vrai ! Les usines de distribution d'eau ajoutent du gaz carbonique à votre eau potable afin de réguler le pH de manière à ce qu'une fine couche de calcaire se forme dans les conduites en fer, ce qui empêche la rouille. Pour ne pas trop réduire la section des tuyaux, la teneur en gaz carbonique doit être constamment ajustée. La vitesse à laquelle cet équilibre s'établit dépend des ions présents : Le carbonate de calcium pur met extraordinairement longtemps à s'établir, alors qu'en présence d'ions étrangers (par exemple Mg2+ ou SO42-), il s'établit très rapidement ; c'est pourquoi on utilise de la dolomie pour fixer le gaz carbonique en excès.

C'est la teneur en bicarbonate de calcium de l'eau du robinet qui contribue le plus à la dureté de l'eau du robinet, que nous appelons "dureté carbonatée".