Séance n°2 : Détermination de la quantité d’ions fer (II et III) et de l’acidité totale d’un vin.
- Trouver la quantité d’ions H+ dans un vin par dosage pH-métrique
- Réaliser un dosage
- Suivre un protocole
A/ INTRODUCTION et REGLAGES :
1/ Quels appareils ou outils permettent de mesurer le pH d’une solution ? pH-mètre, papier pH, indicateurs colorés acido-basique, gout (si aucun risque)
Rappels :
Qu’est-ce que le pH ?
C’est le p
otentiel d’H
ydrogène. Il est relié à la concentration en ions hydrogène H+(et
indirectement en ions hydroxyde HO- )
dans une solution.
C’est un nombre sans unité compris entre 0 et 14.
Il permet d’évaluer l’acidité ou la basicité d’une solution.
De plus en plus de H
+AUTANT
deH
+ que deHO
-plus de H
+ que de HO- moins de H+que de HO
-pH
0 14
ACIDE BASIQUE
7
NEUTRE
Très acide Peu acide Peu basique Très basique
NEUTRE
De plus en plus de HO
+2/Pour utiliser le pH-mètre, il faut, comme pour l’oscilloscope, faire des réglages préliminaires : c’est l’étalonnage.
Suivre la fiche méthode « Etalonnage du pH-mètre » .3/ Mesurer le pH de 4 solutions d’usage courant : Cola, jus de citron, vinaigre, eau du robinet à l’aide du papier pH ET du pH-mètre préalablement étalonné.
Cola Jus de citron Vinaigre Eau du robinet
Papier pH PH-mètre
4/ Quelle méthode de mesure te semble la plus précise ? (C’est celle qu’on choisira pour doser l’acidité totale du vin) pC’est le pH-mètre qui indique un pH avec une incertitude minimale de ± 0,05.
B/ D’où provient l’acidité du vin ?
Le vin est une boisson légèrement acide, comme vous l’avez remarqué à la séance 1. Son pH, le plus souvent compris entre 3 et 3,5 , est dû à certaines espèces chimiques classées en 2 catégories :
1/ Les espèces chimiques volatiles acides (CO2 et SO2)
2/ Les autres qui contribuent à l’acidité totale (tartrique, succinique, malique, lactique, citrique…) Les sensations perçues seront différentes selon les acides et selon les équilibres entre les acides et les autres substances.
Avant la récolte, le dosage de l’acidité totale permet de contrôler l’évolution de la maturité du raisin.
Sur le moût ou sur le vin, le dosage de l’acidité totale permet de surveiller l’avancement des fermentations et d’envisager des corrections.
L’acidité d’un moût ou d’un vin peut être exprimée de deux façons :
par l’acidité totale, représentant l’ensemble des acides du moût ou du vin; elle mesure une quantité d’acide ;
par le pH ou acidité réelle qui est en relation avec la force des acides.
Ces deux notions sont complémentaires, mais l’acidité totale d’un vin traduit surtout des caractéristiques gustatives alors que le pH agit sur la stabilité du vin.
L’acidité des vins blancs et rouge est comparable.
C/ Protocole d’expérience
Matériel
bécher de 100 mL
Pipette jaugée de 10 mL
Agitation magnétique
pH mètre et ses électrodes,
burette graduée
Vin décarboniqué
Solution de soude à 0,1 M
V
(volume de soude versé)
0 1 3 5 8 9 9,5 10 10,2
pH 3,1 3,25 3,7 4,1 4,95 5,4 5,8 6,75 7,3
V(volume de soude
versé) 10,4 10,6 11 11,5 12 13 15
pH 8,15 9 9,9 10,65 11,1 11,4 11,6
D/ Exploitation des résultats
Dans le bécher a lieu des réactions chimiques entre les acides présents dans le vin et la soude.
Le vin contenant de nombreux acides, on ne peut pas écrire une équation bilan précise pour ce dosage. Nous regroupons tous les acides du vin sous la formule AH :
AH + HO- = A- + H
2O
Acide + soude = base conjuguée de l’acide + eau 1/ Trace la courbe de dosage de pH = f(V) où V est le volume de soude ajouté (soit sur papier millimétré ou sur logiciel regressi).
A l’aide de la méthode des tangentes, détermine le volume équivalent de soude versé.
Ve = 10,35 mL
Cela signifie qu’il a fallu Ve = 10,35 mL de soude (ions HO-) pour que l’ensemble des acides du vin réagissent.
La formule suivante permet de déterminer la quantité d’ions H+ présents dans le vin notée n(H+) en mol:
n(H
+) = C x V = 10,35 x 10
-3x 0,100 = 0,00103 mol
Sachant que 0,00103 mol sont contenues dans un volume de 10 mL, Pour 1000 mL, cela correspond à une concentration molaire de 0,103 mol.L
-1.Protocole
Pipeter précisément Vo = 10 mL de vin dans le bécher avec la pipette jaugée de 10 mL.
Rincer les électrodes du pH-mètre et les essuyer avec du papier.
Préparer une agitation magnétique et installer des électrodes afin de mesurer le pH.
Eventuellement, ajouter un peu d’eau distillée si les électrodes ne trempent pas entièrement.
Remplir la burette avec de la soude à C = 0,1 mol.L-1 .
Ajouter doucement, mL par mL, de la soude avec la burette
Complète le tableau de résultats ci-dessous.
Soit une concentration massique de 0,103 x 55,8 = 5,74 g.L
-1Commentaires :
Les principaux acides présents dans le raisin sont les acides tartriques, maliques et citriques. Dans un vin, on retrouve ces acides ainsi que d’autres comme l’acide succinique. Les pKa sont 3,04 et 4,34 pour l’acide tartrique, 3,46 et 5,14 pour l’acide malique et 3,15, 4,71 et 6,41 pour l’acide citrique. Le vin est donc un système acido-basique complexe qui agit comme un système tampon puisque son pH (entre 3 et 3,5) est proche des pKa des principaux acides qui le constituent.
Séance n°2 : Détermination de la quantité d’ions fer (II et III) et de l’acidité totale d’un vin.
- Trouver la concentration en ions fer dans un vin.
- Réaliser un dosage colorimétrique
- Suivre un protocole
A/ Introduction
Dans un vin, l’élément fer est présent en très faible quantité, ce qui explique pourquoi vous n’en n’avez pas découvert dans la partie 1.
Selon vous, quelles sont les origines de cet élément fer dans le vin ? Le fer est présent dans les solutions sous différentes formes ioniques ion fer II (Fe2+) et ion fer III (Fe3+).
Initialement dans le vin, le fer se trouve sous la forme d’ions Fe2+. Mais au cours des différentes manipulations lors de la fabrication du vin, ces ions entrent en contact avec le dioxygène de l’air et se transforment en partie en ion Fe3+.
Si la teneur en fer est trop élevée les ions fer peuvent réagir avec les ions phosphate éventuellement présents ou avec les tanins pour faire apparaitre un trouble, suivi de précipitation (de dépôt) dans les vins : c’est la casse ferrique.
Le vin rouge donne alors un dépôt bleuté et devient impropre à la consommation.
On peut considérer qu’au-dessus de 10 à 15 mg.L-1 de fer, la casse ferrique devient probable.
C’est la raison pour laquelle il est nécessaire de doser le fer dans les vins.
B/ Principe du dosage colorimétrique par comparaison
Il s’agit d’un dosage colorimétrique où l’on utilise une échelle de teintes :
Principe : On prépare un série de tubes à essais contenant des solutions de concentration en fer connues que l’on fait réagir avec du thiocyanate de potassium, ce qui conduit à la formation d’une solution de couleur rouge orangée dont l’intensité de la couleur varie avec la concentration en fer.
On prépare ensuite sur le même principe un échantillon de vin blanc que l’on fait réagir avec le thiocyanate de potassium. Par comparaison de la couleur obtenue avec l’échelle de teintes, on détermine la concentration en ion fer du vin blanc ; d’où le nom dosage colorimétrique.
C/ Principe des solutions étalons en fer :
Le fer sera présent dans les solutions sous forme d’ions Fe3+.
On dispose d’une solution mère de chlorure de fer III de concentration massique en ions fer (Fe3+) égale à 100 mg.L-1.
On souhaite préparer des solutions filles de concentration en fer croissantes (2 à 10 mg.L-1).
1/ Par une simple relation de proportionnalité entre Cf, Cm, Vf,et Vm, complète la dernière ligne du tableau.
Si tu ne vois pas comment faire, aide N°1 sur bureau professeur
Binôme 1 Binôme 2 Binôme 3
Concentration de
la solution fille Cf 1 2 4 6 8 10
Concentration de la solution mère
Cm
100 100 100 100 100 100
Volume de la
solution fille Vf 50 50 50 50 50 50
Volume de la solution mère à
prélever Vm
D/ Protocole expérimental pour la préparation des solutions filles par dilution de la solution mère.
E/ Protocole expérimental pour la préparation de l’échelle de teintes
Verse dans la burette la solution de thiocyanate de potassium : Cette solution a pour but, en milieu acide, de former un complexe coloré rouge orangé avec les ions fer III
Fe
3++ SCN
-= [FeSCN]
2+Protocole
Prélève le volume de solution mère à l’aide d’un pipette (graduée ou jaugée).
Verse le contenu de cette pipette dans la fiole jaugée de 50 mL.
Complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge.
Agite pour homogénéiser en bouchant la fiole avec un bouchon.
Donne tes résultats d’expérience aux autres binômes.
Verse ta solution dans un petit bécher et écris dessus la concentration en ion fer III.
Pose ton bécher sur la paillasse professeur
Voir fiche méthode : dilution
Pour préparer chaque tube étalon, verser :
10 mL de la solution fille étalon en fer avec une pipette jaugée
Environ 1 mL d’acide chlorhydrique (pour acidifier le milieu) avec un pipette plastique
5 gouttes d’eau oxygénée (a pour rôle en milieu acide de transformer tous les ions fer II en fer III) Avec une pipette plastique ou compte-goutte.
5 mL de thiocyanate de potassium (K+ + SCN-) (donne avec les ions Fe3+ un ion complexe coloré rouge orangé) Avec la burette graduée.
Bien agiter le tube avant de le déposer sur le portoir.
Ranger les tubes sur le portoir dans l’ordre croissant des concentrations en fer.
F/ Détermination d’un encadrement de la concentration en ion fer dans le vin blanc.
1/ Prépare un tube à essai, de la même manière que pour l’échelle de teintes, en remplaçant la solution fille étalon en fer par le vin blanc.
2/ En déduire la concentration massique en fer du vin par comparaison de la couleur obtenue avec l’échelle de teintes. Vous donnerez la réponse avec toute la précision que donne la méthode de l’échelle.
3/ Conclure quant au risque de casse ferrique pour ce vin blanc.
4/ Comment pourrait-on affiner la valeur de la concentration massique en fer du vin blanc étudié ?
Pour aller plus loin : Dosage spectrophotométrique du fer dans le vin à la longueur d’onde du maximum d’absorption du complexe thiocyanatofer III λ = 460 nm (dans le cyan, couleur complémentaire du rouge). Le zéro d’absorbance devra être effectué avec le vin blanc.
Tracer la courbe A = f(concentration en fer) = f(concentration en
[FeSCN]
2+)Papier millémétré pour le dosage de l’acidité totale du vin blanc
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Vsoude
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
pH
Aide et notions:
Définition : La concentration massique d'un soluté est la masse de soluté présente dans un litre de solution.
c = m V
m : masse de soluté en grammes (g) V : volume de la solution en litres (L) c : concentration massique en g.L-1
La quantité de matière n est une grandeur de comptage des entités chimiques. Son unité est la mole, symbole mol.
Une mole d’entités chimiques est un paquet contenant environ 6,022 x 1023 entités chimiques.
La masse molaire M est la masse d’une mole d’entités chimiques
n = m M
Il en découle les deux autres relations : M =m
n et m = n x M
n : en mol m : en g M : en g.mol-1
La concentration molaire
C,
oumolarité est la quantité de matièren
contenue dans un litre de solution.C = n V
Il en découle les deux autres relations : V = n
C et n = C x V
C : en mol.L-1 n : en mol V : en L Relation entre concentration molaire et concentration massique :
c = C x M
ouC = c M
C : en mol.L-1 c : en g.L-1 M : g.mol-1
C = n
V Concentration molaire
c = C x M Relation entre concentration massique et molaire
n = N
Na Quantité de matière
n = m
M Quantité de matière
c
Mx V
M= c
Fx V
F Relation entre concentrations et volumes de solutions mère et fille (DILUTION)f = C
MC
F facteur de dilution
c = m
V concentration massique
Matériel :
Bureau :
Vin décarboniqué Spectrophotomètre Cuves
Papier essuie-tout Lunettes - gants
4 paillasses eleve : dosage de l’acide dans le vin
3 béchers de 100 mL
Pipette jaugée de 10 mL + propipette
Agitation magnétique
pH mètre et ses électrodes + solutions tampon+ fiche méthode étalonnage
burette graduée
Vin décarboniqué
Solution de soude à 0,1 M (très précis)
Eau distillée
Bureau :
Pipettes jaugées et graduées
Solution de chlorure de fer III à 100 mg.L-1 Feutre indélébile
Solution de thiocyanate de potassium 4 paillasses elèves : dosage du fer dans le vin
2 fioles de 50 mL
2 bouchons fioles
Eau distillée
2 béchers de 100 mL
Solution de thiocyanate de potassium 0,1 mol.L-1
Eau oxygènée à 20 volumes + pipette plastique
Burette graduée
Acide chlorhydrique 1M + pipette plastique
