Dosage pH-métrique d'un acidifiant
Activité 1 : Dosage pH-métrique de l’acidifiant contenu dans le Coca-Cola®
L’acide phosphorique est employé comme agent acidifiant. Le Coca-Cola® est une boisson très acide, plus acide que les produits bien connus, tel que le jus de citron ou le vinaigre. Cependant, son acidité est masquée par sa teneur en sucre et édulcorants.
L’emploi de l’acide phosphorique n’est pas clair car la plupart des recettes sont encore secrètes. En raison de l’acidité, les conditions de croissance ne sont pas réunies pour les microorganismes tels que les champignons et les bactéries ; l’acide agit donc également en tant qu’inhibiteur de croissance. L’acide est également considéré comme un goût agréable et rafraîchissant.
La nocivité de l’acide phosphorique pour les jeunes en période de croissance a été prouvée. En effet, les taux élevés d’acide phosphorique favoriseraient les calculs rénaux et le dysfonctionnement des reins. Il est également connu pour ralentir la digestion, favoriser les maladies osseuses comme l’ostéoporose et freiner l’assimilation du calcium par les os.
Dans le Coca-Cola®, on constate la présence d’un acidifiant E338, appelé acide phosphorique, de formule chimique H3PO4.
Lors de cette activité, nous allons réaliser un titrage acido-basique, cela va nous permettre de déterminer la concentration inconnue d’une solution composée d’un acide ou d’une base.
Si la solution de concentration inconnue est un acide alors on verse une base de façon à neutraliser l’acide. L'intérêt est de déterminer précisément la quantité de base ajoutée pour le neutraliser.
Nous allons réaliser un titrage acido-basique pour mettre en relation l'acide et la base.
Le volume à l’équivalence, VE, correspond à la quantité de base versée qui est identique à la quantité d’acide que l’on cherche. L’enjeu est donc de repérer l’équivalence pour déterminer ce volume à l’équivalence. On utilise une réaction chimique acido-basique entre l’espèce A (espèce à titrer) et une autre espèce chimique connue B (espèce titrante). Le bécher contient un volume connu VA de la solution de concentration inconnue. La burette graduée contient une solution contenant l’espèce B dont on connaît précisément la concentration notée CB. La burette permet de mesurer précisément le volume VB qui sera versé.
Voici le protocole que nous allons réaliser :
Rincer la burette graduée avec la solution de soude (Na++HO−)
Remplir la burette graduée avec cette solution et ajuster très précisément au zéro le niveau du liquide.
Dans un bécher de 50mL contenant un barreau aimanté, introduire à l’aide d’une pipette jaugée, un volume VA=20,0mL de Coca-Cola®.
Placer le bécher sur l’agitateur magnétique et agiter modérément afin d’homogénéiser la solution pour stabiliser le pH.
Introduire dans le bécher la sonde pH-métrique.
Rajouter si besoin un peu d’eau distillée dans le bécher pour que la sonde pH-métrique soit juste immergée (rajouter de l’eau ne modifie pas les mesures car la quantité de Coca-Cola® reste inchangée).
La sonde pH-métrique est fragile !! Elle ne doit pas rester longtemps à l’air libre et ne doit pas cogner le barreau aimanté lors de l’agitation.
Relever la valeur du pH et la noter dans le tableau.
Ajouter 1 mL de solution de soude avec la burette graduée et noter la valeur du pH quand celui-ci est stabilisé dans le tableau.
Recommencer l’opération mL par mL jusqu’à l’ajout du 18ème mL. De 7 à 10 mL, prendre des mesures tous les 0,5 mL.
Voici quelques photos de notre expérience :
Nous introduisons à l'aide d'un pipette jaugée un volume VA=20,0ml de Coca:
Nous rinçons la burette graduée avec la solution de soude :
Nous effectuons le dégazage de la solution coca-cola :
Nous prenons et mesurons le pH du coca-cola avant de débuter le titrage acido-basique :
Nous voyons que la sonde PH-métrique est juste immergé dans la solution
Voici une photo de la sonde PH-Métrique :
Maintenant nous installons l'expérience afin de réaliser le titrage acido-basique :
Réalisation du titrage acido-basique :
Voici les résultats que nous avons obtenus:
Voici quelques questions auxquelles nous avons répondu afin de mieux vous faire comprendre notre expérience :
Pour ce titrage, quelle est l’espèce chimique à titrer et quelle est l’espèce chimique titrante ?
L’espèce chimique à titrer est le Coca-Cola® et l’espèce chimique titrante est la solution de soude Na++HO−. On titre l’acide phosphorique H3PO4 du Coca-Cola® par une base, c’est-à-dire les ions hydroxyde HO−.
Pour ce titrage, quelle est l’espèce chimique correspondant à l’acide et celle correspondant à la base ?
L’acide phosphorique H3PO4 est l’espèce chimique qui correspond à l’acide tandis que celle correspondant à la base est la solution de Soude.
Quelle hypothèse peut-on faire sur le pH du Coca-Cola® ? Justifier.
Nous pouvons faire l’hypothèse que le pH du Coca-Cola® est acide à cause de la présence d’acidifiant. Ces acides nuisent à la santé humaine. En effet, les taux élevés d’acide phosphorique favoriseraient les calculs rénaux et le dysfonctionnement des reins. Il peux également favoriser les maladies osseuses et ralentir la digestion.
La valeur du pH mesuré à l’étape 7 du protocole est-elle en accord avec votre hypothèse précédente ?
Le pH mesuré à l’étape 7 du protocole est supérieur que celui à l’étape 1. Nous pouvons donc conclure que le Coca-Cola®contient des acidifiants (notamment l’acide phosphorique) dangereux pour la santé.
Comment va évoluer le pH lors de l’ajout des ions hydroxyde HO− ?
La base neutralise l’acide. Le pH va donc augmenter avec l’ajout de la base, c’est-à-dire des ions hydroxyde HO-.
Pour ce titrage, comment est caractérisée l’équivalence ?
L’équivalence est le moment où nous avons introduit exactement la quantité d’ions hydroxydes nécessaires pour transformer tout l’acide phosphorique (les proportions stœchiométriques, un mélange est stœchiométrique si les réactifs sont tous entièrement consommés à l'état final). L’équivalence correspond donc au « saut de pH » (pH s'élève brutalement), la valeur au centre de ce saut est l’équivalence.
Nous allons donc réaliser la courbe d'évolution du pH = f (Vb)
Nous avons utilisé la « méthode des tangentes ». Pour cela nous avons tracé deux tangentes parallèles au début et à la fin du saut de pH, puis nous avons tracé une troisième droite équidistante et parallèle aux deux premières. Le volume équivalent est le volume pour lequel la droite coupe la courbe pH = f (VB).
Nous avons donc trouvé l'équivalence :
Vb,éq = 16 ml
pH = 4,8
Conclusion de l'activité
Nous savons que l'équivalence est de :
Vb.éq = 16ml
ph = 4,8
Nous pouvons donc calculer la concentration en masse de l'acidifiant présent dans le coca-cola. Pour cela nous appliquons la formule:
Voici ce que nous obtenons :
= 0,49