I- BUT.

 

Vérifier la masse d'acide ascorbique contenu dans un comprimé d'un produit du commerce et déterminer la valeur du pKA de cet acide.

II- L'ACIDE ASCORBIQUE.

1)-  Introduction

-  L'acide ascorbique ou vitamine C, de formule C₆H₈O₆, peut être considéré comme un monoacide faible.

-  L'acide ascorbique sera noté : AsbH

-  et sa base conjuguée : l'ion ascorbate Asb^–

2)-  Préparation de la solution S_A.

 Écraser soigneusement un comprimé (mortier et pilon).

-  Avec la poudre obtenue préparer 100 mL d'une solution S_A d'acide ascorbique.

-  Faire des schémas annotés représentant les différentes phases de la manipulation.

3)-  Écrire l'équation bilan simplifiée de la réaction chimique. Calculer la masse molaire de l'acide ascorbique.

III- DOSAGE DE LA SOLUTION S_A.

1)-  Étalonnage du pH-mètre.

2)-  Manipulation.

 Prélever un volume V_A = 20 mL de la solution S_A à l'aide d'une pipette jaugée (20,0 mL).

-  Verser dans un bécher.

-  Dans la burette graduée, verser la soude jusqu'au zéro de la graduation.

-  La concentration de la soude C_B = 5,00 × 10^–2 mol.L^–1.

3)-  Tableau de mesures.

-  Verser progressivement la solution de soude S_B dans la solution S_A et suivre l'évolution du pH.

-  On peut utiliser le rouge de crésol comme indicateur coloré. 

0 mL < V_B < 20 mL

Compléter le tableau

IV- EXPLOITATION.

1)-  Sachant que pour l'acide ascorbique :  pK_A = 4,1.

-  Écrire l'équation bilan de la réaction ayant lieu lors du dosage.

-  Cette réaction est-elle quasi-totale ou limitée.

-  Justifier la réponse en utilisant l'échelle des pK_A.

2)-  Tracer le graphe pH = f (V_B) :

-  Échelles : 1 cm ↔1 mL  et  1 cm ↔ 1 unité pH.

-  Observations et remarques.

3)-  Déterminer graphiquement les coordonnées du point d'équivalence E.

-  Quand dit-on qu'il y a équivalence lors d'un dosage ?

-  Pourquoi pH_E  est-il supérieur à 7 ?

-  Quelles sont les espèces majoritaires à l'équivalence ?

-  On peut faire une étude rapide à l'aide de l'échelle des pK_A.

à partir de la connaissance de  :

-  Déterminer la concentration C_A de la solution S_A d'acide ascorbique.

-  En déduire la quantité de matière n_A contenue dans les 20 mL de la solution S_A.

-  En déduire la quantité de matière n et la masse m d'acide ascorbique contenu dans un comprimé.

4)-  Déterminer la concentration de toutes les espèces présentes à la demi-équivalence.

-  Quel nom donne-t-on à la solution obtenue à la demi-équivalence ?

-  Quelle est sa propriété ?

-  Montrer que la valeur du pH de la solution à la demi-équivalence est égale au pK_A de l'acide considéré.

-  En déduire une méthode simple permettant de déterminer le pK_A d'un acide faible à partir du graphe pH = f (V_B).

V- RÉPONSES ET COMPLÉMENTS.

1)-  L'acide ascorbique ou vitamine C.

-  L’acide L–ascorbique se présente sous forme de cristaux blancs, solubles dans l’eau et l’alcool, insolubles dans les solvants des graisses.

-  La solution aqueuse est dextrogyre.

-  L’antipode optique ne possède pas d’activité vitaminique ; celle-ci est donc liée à la structure spatiale.

-  Le groupement essentiel de la vitamine C est la fonction ène-diol avec ses hydrogènes mobiles qui confèrent à la molécule des propriétés acides (formation de sels sodique, plombique, etc.).

-  Cette fonction est également impliquée dans le rôle physiologique de cette vitamine.

-  L'acide ascorbique sera noté AsbH et l'ion ascorbate, sa base conjuguée Asb^–.

-  Formule brute : C₆H₈O₆

-  Nom : 5-(1,2-dihydroxyéthyl)-3,4-dihydroxyfuran-2-one

-  Formule semi-développée :

-  Formule topologique :

-  On utilise de la vitamine C 500 non tamponnée (laroscorbine).

-  Il y a 500 mg de vitamine C par comprimé.

2)-  Réaction de dissolution de l'acide ascorbique dans l'eau.

 AsbH (aq) + H₂O (ℓ) Asb^– (aq) + H₃O⁺ (ℓ)

-  La réaction est limitée car K_R = K_A = 10^{0 – 4,1} ≈ 7,9 × 10^–5.

-  On peut utiliser l'échelle des pK_A en indiquant les espèces majoritaires.

-  La masse molaire de l'acide ascorbique est :

-  M (AsbH) = 176 g . mol^–1.

3)-  Réaction de dosage.

-  On réalise le dosage de l'acide ascorbique par la soude qui est une base forte.

Dans un premier temps, on écrit :

AsbH (aq) + HO^– (aq) Asb^– (aq) + H₂O (ℓ)

-  Cette réaction est quasi totale :

-  K_R = 10^ΔpKA = 10^{14 – 4,1}

- K_R ≈ 7,9 × 10⁹ > 10⁴

-   En conséquence :

AsbH (aq) + HO^– (aq) → Asb^– (aq) + H₂O (ℓ)

4)-  Graphe.

-  Tableau de valeurs :

-  Le graphe pH = f (V_B) est une fonction croissante du pH.

-  Au départ le pH varie rapidement, puis il varie peu.

-  On observe un saut de pH et de nouveau le pH varie peu.

-  La courbe présente deux points d'inflexion.

-  Le premier point d'inflexion correspond à la demi-équivalence et le deuxième à l'équivalence.

-  Coordonnées du point d'équivalence E : 

-   pH_E ≈ 7,8 et V_BE ≈ 11,0 mL

-  Le pH est supérieur à 7 à l’équivalence.

-  Le pH  > 7 car à l'équivalence, les espèces majoritaires sont l'ion ascorbate Asb^–qui est une base faible et l'ion Na⁺ qui est un acide indifférent (acide conjugué d'une base forte : la soude).

5)-  Équivalence.

-  Il y a équivalence lorsque les réactifs ont été mélangés dans les proportions données par les coefficients de la réaction.

-  À l'équivalence :

-   

-  Application numérique :

-   

-  Quantité de matière contenue dans les 20 mL de la solution S_A.

-  n_A = C_A . V_A ≈ 2,75 × 10^–2 × 20,0 × 10^–3

-  n_A ≈ 5,50 × 10^–4 mol

-  Quantité de matière contenue dans un comprimé (c'est-à-dire dans 100 mL de solution S_A).

-  n = 5 n_A ≈ 5 × 5,50 × 10^–4

-  n = 5 n_A ≈ 2,75 × 10^–3 mol

-  Masse d'acide ascorbique dans un comprimé

-  m = n . M (AsbH ) ≈ 2,75 × 10^–3 × 176

-  m ≈ 484 mg

-  Remarque : le comprimé utilisé contient m₀ = 500 mg d'acide ascorbique.

-  On peut déterminer l'incertitude relative :

-   

6)-  Demi-équivalence.

-  À la demi-équivalence, on a versé  moles d'ions HO^–.

-  Au départ, on a n moles d'acide ascorbique.

-  En conséquence, après réaction les quantités de matière d'ion ascorbate et d'acide ascorbique sont les mêmes et de ce fait les concentrations sont égales :

-  [AsbH] = [Asb^–]  or 

-  À l'équivalence, la solution obtenue est une solution tampon dont le pH varie peut par addition modérée d'eau, d'acide ou de base.

-  Une méthode simple de détermination du pK_A à partir de la courbe pH = f (V_B).

-  On détermine les coordonnées du point d'équivalence E et à partir de la connaissance de V_BE, on détermine la valeur du pH de la solution pour : .