Expériences autour des cinq sens/Cinq sens: le goût

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Le goût, sens par lequel on perçoit les saveurs, est un moteur puissant pour notre comportement alimentaire. On distingue cinq saveurs de base : salé, sucré, amer, acide et umami.

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Cet article est centré sur la saveur acide et illustre quelques Expériences autour des cinq sens.

Utilisation en classe

Ces expériences peuvent faire l’objet d'une utilisation pédagogique au niveau première STL-SPCL dans la séquence "dosage par titrage" de la partie "Analyse physico-chimique", où les élèves doivent réaliser des titrages acide-base par suivis conductimétrique et pHmétrique.

Détermination de la concentration de l'acide citrique dans le citron

L'acide citrique est l'acide 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylique en nomenclature officielle. L'acide citrique peut être titré par une solution d'hydroxyde de sodium par suivis colorimétrique et pH-métrique.

Préparation de la solution d'acide citrique

• Filtrer le jus de citron sur fritté avec de la cellite (Solution S₀)
• Dilution de S₀ par 10 : prélever V₀=10,0 mL de jus de citron avec une pipette jaugée de 10,0 mL et diluer dans une fiole de jaugée de V=100,0 mL. Cette solution est appelée S₁.

• 
  Filtration sur cellite.

Titrage de l'acide citrique par colorimétrie et par pH-métrie

Schéma du dispositif de titrage

1. Étalonner le pH-mètre avec des solution étalons pH=7 et pH=4.
2. Préparer le dispositif de titrage.
3. Introduire V₁=10,0mL de S₁ (réactif titré), de l'eau pour immerger les électrodes, quelques gouttes de phénolphtaléine dans le bécher et introduire de la soude à 0,1 mol/L (réactif titrant) dans la burette graduée.
4. Relever les mesures de pH en fonction du volume de soude versé.

A l'équivalence, on observe un changement de couleur (incolore → rose)

Titrage pHmétrique de la solution S1 contenant l'acide citrique par une solution de soude à 0,1 mol/L

Exploitation

L'acide citrique est un triacide, avec 3 pKa dont les écarts sont trop faibles (inférieurs à 4 unités) pour que les 3 acidités soient dosées séparément.

A l'équivalence, la quantité d'ions HO^- est donc le triple de la quantité d'acide citrique initialement présente.

Résultats

• Titrage colorimétrique : V_éq1 = (6,20 ± 0,05) mL
• Titrage pH-métrique : V_éq2 = (6,159 ± 0,005) mL

Interprétation

Équation globale de la réaction : AH_3(aq) + 3OH^-_(aq) → A^3-_(aq) + 3H₂O_(l)

A l'équivalence, on a :

n(AH₃)= n(OH^-)/3

C₁×V₁ = [OH^-]×V_éq2/3

C₁ = [OH^-]×V_éq2/(3×V₁)

C₁ = 0,1×6,159/(3×10,0)

La concentration de la solution S₁ est : 0,02053 mol/L

On peut en déduire la concentration la le jus de citron de la solution S₀ :

C₀=C₁×10 = [OH^-]×V_éq2/(3×V₁) × V/V₀

C₀ = 0,2053 mol/L

Teneur en acide citrique :

Cm = Ma × C₀ Cm = 192,11 × 0,2053 = 3,94 g/L

Détermination de la concentration de l'acide acétique dans le vinaigre

L'acide acétique ou acide éthanoïque est l'acide présent dans le vinaigre. L'acide acétique contenu dans le vinaigre peut être titrée par une solution d'hydroxyde de sodium ou soude par suivi conductimétrique. Un conductimètre est un ohmètre alimenté en courant alternatif et relié à une cellule de mesure dite cellule conductimétrique plongeant entièrement dans la solution ionique.

Préparation de la solution d'acide acétique

Soit S₀ la solution de vinaigre commercial

• Dilution de S₀ par 10 : prélever 10,0 mL de vinaigre avec une pipette jaugée de 10,0 mL et diluer dans une fiole de jaugée de 100,0 mL. Cette solution est appelée S₁.

Titrage de l'acide acétique par conductimétrie

Schéma titrage conductimétrique

• Préparation du dispositif de titrage :

Réactif titrant : solution de NaOH à 0,1 mol/L

Réactif titré : 10,0 mL de la solution S₁

• Relever les mesures de conductivité tous les millilitres.

Exploitation

La réaction de titrage de l'acide acétique contenu dans le vinaigre par la soude est :

CH₃COOH_(aq) + HO^-_(aq) → CH₃COO^-_(aq) + H₂O_(l)

Résultats

Titrage conductimétrique d'une solution de vinaigre par une solution de soude à 0,1 mol/L

On distingue 2 zones sur la courbe où les pentes sont différentes. On repère l'équivalence à l'intersection des deux droites passant par le plus près de tous les points de chaque zone de la courbe.

On trouve Véq = (13,840 ± 0,004) mL

Evolution de la conductivité

Données :

Conductivités molaires limites	Valeurs en mS.m²/mol
λ°(H3O+)	35,0
λ°(HO-)	19,9
λ°(Na+)	5,01
λ°(CH3COO-)	4,09

• Avant l'équivalence

Initialement, la solution à titrer contient de l'acide acétique. La conductivité est quasi-nulle.

A V<Veq, on ajoute de l'hydroxyde de sodium dans la solution à titrer. Les ions HO^- réagissent avec CH₃COOH pour former CH₃COO^-. Les espèces ioniques présentes sont CH₃COO^- et Na⁺ contribuent à la conductivité. La pente de la courbe est donc positive de pente p₁.

• Après l'équivalence

A V>Veq, l'acide acétique est entièrement consommé, on ne forme plus d'ions CH₃COO^-, ils ne contribuent plus à l'évolution de la courbe conductimétrique. En revanche, on continue d'ajouter des ion HO^- et Na⁺ en excès. La conductivité molaire de HO^- étant très grandes devant celle de CH₃COO^-, la pente de la deuxième partie de la courbe est positive de pente p₂ > p₁

Ions en solution	Avant l'équivalence	Après l'équivalence
[HO-]	~ 0	↑↑
[Na+]	↑	↑
[CH3COO-]	↑	→
Allure de la courbe	↑↑	↑↑↑

L'orientation et le nombre de flèches indiquent la contribution de l'ion sur la pente de la courbe conductimétrique.

Interprétation

A l'équivalence, on a n(CH₃COOH) = n(HO^-)

La concentration d'acide acétique C₁ dans S₁ est :

C₁ = [HO^-]×V_éq/V₁

C₁ = 0,1×13,840/10,0

C₁ = 0,1384 mol/L

On en déduit la concentration d'acide acétique dans le vinaigre commercial :

C₀ = 10 × C₁

C₀ = 1,384 mol/L

On peut retrouver le degré d'acidité du vinaigre :

Le degré d'acidité D est la masse d'acide acétique contenue dans 100g de vinaigre.

Hypothèse : la masse volumique du vinaigre est voisine de celle de l'eau, ρ_vinaigre = ρ_eau = 1g/mL

m (ac.acét.) = C₀ × m_vinaigre/ρ_vinaigre× M(CH₃COOH)

Donc D = 8,304 °

On peut comparer cette valeur avec celle indiquée sur la bouteille : 8°

Calcul d'erreur = (°ac, exp-°ac, th)/°ac, th × 100 = 3,8%

Référence

La chimie expérimentale - 1. Chimie générale. Romain Barbe, Jean-François Le Maréchal; Ed. Dunod

Des expériences de la famille acide-base. Danielle Cachau-Herreillat; ed. DeBoeck