Transcript TP nº6 À consommer avec modération. . .

TP nº6
À consommer avec modération. . .
Pour se détendre après une harassante première partie de l’année à tenter d’expliquer aux terminales S
des concepts bien compliqués, des enseignants de sciences physiques ont décidé de se détendre un peu et
d’organiser une petite soirée.
Ils ont donc acheté deux bouteilles de sirop de menthe de même marque et même dénomination et les ont
très vite utilisées pour préparer des cocktails aux noms évocateurs : « Fresh punch », « Goldfinger », « Irish
champion », « Froideur slovaque ».
Avant de jeter les bouteilles vides dans une poubelle pour les recycler, les professeurs ont jeté un œil sur la
composition desdits sirops (on ne se refait pas). Surprise : les colorants di↵èrent d’une bouteille à l’autre !
E131 dans l’un et E133 dans l’autre, colorants à consommer avec modération. . .
Sur la soirée
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Professeurs participant :
† Mme T1 , adepte du « Fresh punch » ;
† M. D1 n’aime que la « Froideur slovaque » ;
† M. F1 ne jure que par le « Goldfinger ».
Pour ne froisser aucune susceptibilité, il est entendu que la masse d’un professeur est de 75 kg, 60 kg
pour une professeure.
Le volume d’un verre de cocktail est égal à 20 cL.
Votre mission
Vos professeurs sont inquiets et se demandent combien de verres ils peuvent ingérer avant de mettre leur
santé en péril en dépassant la dose journalière admissible du colorant présent dans leur boisson préférée.
Vous devez :
– répondre à l’interrogation de l’un des professeurs (au choix) ;
– rédiger un compte-rendu à l’aide d’un traitement de texte avec insertion de documents étayant vos
conclusions. Toute votre démarche scientifique avec les lois, formules et propriétés utilisées y sera
expliquée.
Matériel à disposition
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des échantillons, rendus impropres à la consommation, de quelques uns des cocktails consommés par
les professeurs ;
un spectrophotomètre (pour deux paillasses) ;
des solutions des deux colorants concernés (à demander au professeur) ;
fioles jaugées de 50 mL et 100 mL ;
pipettes jaugées de 5, 10 et 20 mL et propipette ;
eau distillée ;
un ordinateur muni du logiciel Régressi (tableur-grapheur, modélisation, etc.) ;
les spectres d’absorption de quelques colorants (voir figure 4).
1. Pour conserver leur anonymat, seule l’initiale du nom de chaque professeur est fournie.
Terminale S – Sciences physiques – Enseignement spécifique – Chapitre V
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Quelques informations sur les colorants présents dans les sirops utilisés
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E131 (bleu patenté V)
Déconseillé pour les sujets ayant des antécédents allergiques (démangeaisons, urticaire, nausées, etc.),
il est suspecté de provoquer de l’hyperactivité chez les enfants et d’être neurotoxique en combinaison
avec l’aluminium.
L’innocuité cancérologique du bleu patenté V n’a pas été démontrée, les doutes portant aussi sur les
résidus de production.
Interdit en Australie, aux États-Unis, au Canada, en Norvège, etc.
Dose journalière admissible (DJA) : 2,5 mg/kg de masse corporelle.
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E133 (bleu brillant FCF)
Déconseillé pour les sujets ayant des antécédents allergiques (démangeaisons, urticaire, nausées, etc.),
il est suspecté de provoquer de l’hyperactivité chez les enfants et d’être neurotoxique en combinaison
avec l’aluminium.
L’innocuité cancérologique du bleu brillant FCF n’a pas été démontrée, les doutes portant aussi sur les
résidus de production.
Autres : cytotoxique, blocage de la respiration mitochondriale, symptômes gastro-intestinaux ; le colorant pur est classé Xn (nocif).
Il a été interdit dans de nombreux pays européens avant d’être réintroduit par l’U.E. en 1998.
Dose journalière admissible (DJA) : 6,0 mg/kg de masse corporelle.
N
OH
O
N
HO
O
S
S
O
O
OH
Figure 1 – Formule topologique du bleu patenté V
O
O
S
O
N
O
S
N
O
O
S
O
O
O
Figure 2 – Formule topologique du bleu brillant FCF
Données utiles
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La loi de Beer-Lambert lie l’absorbance d’une solution à la concentration de l’espèce absorbante :
A = k ·C
avec C la concentration de l’espèce absorbante, k une constante dépendant notamment de la longueur
d’onde du rayonnement incident et A (sans unité) l’absorbance de la solution à la longueur d’onde .
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Absorption et couleur d’une solution
Lorsqu’une espèce n’absorbe que dans un seul domaine de longueur d’onde du visible, sa couleur est
la couleur complémentaire de celle de la radiation absorbée.
Deux couleurs complémentaires sont diamétralement opposées sur le cercle chromatique présenté cidessous. Lorsqu’une espèce chimique absorbe dans plusieurs domaines de longueurs d’onde, sa couleur résulte de la synthèse (soustractive) des couleurs complémentaires des radiations absorbées.
Figure 3 – Cercle chromatique (deux couleurs diamétralement opposées sont complémentaires)
Dosage par étalonnage
Un dosage est une technique qui permet de déterminer, avec la plus grande précision possible, la concentration molaire d’une espèce chimique dissoute dans une solution. On réalise des dosages dans des domaines
variés tels que la santé, l’environnement ou le contrôle de la qualité.
Le dosage par étalonnage repose sur l’utilisation de solutions (appelées solutions étalons) qui contiennent
l’espèce chimique à doser en concentrations di↵érentes mais connues. Il suppose également que la concentration de l’espèce chimique influe sur une grandeur physique (absorbance, conductivité, etc.) qu’il est
possible de mesurer.
En reportant sur un graphique des points dont l’abscisse correspond à la concentration des solutions étalons
et l’ordonnée à la grandeur physique mesurée, on obtient alors une courbe d’étalonnage. Il suffit ensuite
de mesurer la grandeur physique de la solution à doser afin d’obtenir un point de la courbe dont l’abscisse
indique la concentration recherchée.
Le graphique ci-dessous représente une courbe d’étalonnage linéaire (ce qui est souvent le cas). Elle a été
tracée en utilisant des solutions étalons de concentration C1 , C2 , C3 , C4 et C5 associées respectivement à des
grandeurs X1 , X2 , X3 , X4 et X5 . La solution dosée a une concentration C qui peut être estimée en plaçant sur
la courbe le point d’ordonnée X (grandeur mesurée pour la solution dosée).
grandeur X
X5
+
X
X4
+
X3
+
X2
X1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
C1
C2
C3
+
C4 C
+
C5
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C (mol · L−1 )
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Utilisation du spectrophotomètre pour tracer un spectre d’absorption
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Faire le « blanc »
Sélectionner la valeur de la longueur d’onde à laquelle on souhaite mesurer l’absorbance.
Placer une cuve remplie d’eau distillée à l’intérieur de l’appareil puis appuyer sur la touche « zéro ».
Le faisceau de lumière doit entrer par la face lisse (éventuellement repérée par une flèche) de la cuve.
Retirer la cuve d’eau distillée, la vider puis la remplir avec la solution étudiée. Lire l’absorbance correspondante.
Recommencer pour toutes les longueurs d’onde de travail.
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Tracer un spectre d’absorption
Pour un spectre complet mais rapide, mesurer l’absorbance de la solution étudiée sur toute l’étendue
du spectre visible avec un pas
à choisir (50 nm par exemple) puis tracer le spectre correspondant
A = f ( ) sous Régressi.
Pour une analyse plus fine, il est possible de limiter l’étude à un domaine plus étroit de longueurs
d’onde en adaptant le pas
.
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Quelques précautions à prendre
Pour les spectrophotomètres du laboratoire, l’absorbance maximale mesurée est Amax = 2. Si l’absorbance de la solution étudiée est trop élevée, il est nécessaire de la diluer avant de tracer son spectre
d’absorption.
Les valeurs mesurées sont très dépendantes de l’appareil utilisé. Pour avoir des mesures comparables,
il est donc nécessaire d’utiliser le même appareil.
A
1,0
Bleu de méthylène
Sulfate de cuivre
Tartrazine (E102)
Bleu patenté V (E131)
Bleu brillant FCF (E133)
0,5
0
400
500
600
700
800
λ (nm)
Figure 4 – Spectres d’absorption de quelques colorants
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