Fiche de révision : Solutions et composition des boissons

📋 Plan du Cours

1. Caféine dans les boissons énergisantes
2. Préparation d’une solution de glucose
3. Composition de l’alcool pharmaceutique
4. Chromatographie et rapport frontal
5. Préparation de solutions par dissolution
6. Préparation et caractérisation des solutions
7. Dosage par échelle de teintes
8. Calculs de concentration et de dilution

📖 1. Caféine dans les boissons énergisantes

🔑 Notions clés & Définitions

• Solvant : Dans une solution, le solvant est l’espèce majoritaire et les solutés sont les espèces minoritaires.
• Solution : Mélange liquide homogène dans lequel une espèce est très majoritaire devant les autres.

★ À maîtriser

• La boisson énergisante au tigre contient 20 mg de caféine pour 100 mL, tandis que celle au taureau en contient 32 mg pour 100 mL.

📐 Formule - La concentration en masse d’un soluté est le rapport de sa masse au volume de la solution : $C_m=\frac{m_{soluté}}{V_{solution}}$.

• L’EFSA indique que jusqu’à 200 mg de caféine par jour, soit environ 3 mg par kilogramme de poids corporel et par jour, ne soulèvent pas de problème de sécurité pour un adulte en bonne santé. - Autorité européenne de sécurité des aliments

Compléments

• Dans les boissons énergisantes, l’eau est le solvant et le saccharose, le glucose, la taurine et la caféine sont notamment des solutés.

📌 La masse volumique et la concentration en masse peuvent avoir la même unité, g·L⁻¹, mais elles correspondent à des grandeurs différentes et peuvent avoir des valeurs différentes.

• Deux cannettes de 250 mL de la boisson au taureau apportent 160 mg de caféine, quantité inférieure à la limite de 180 mg calculée pour un adulte de 60 kg.

📖 2. Préparation d’une solution de glucose

★ À maîtriser

• La solution de glucose destinée à la perfusion doit avoir une concentration en masse de 50,0 g·L⁻¹.

📐 Formule - La concentration en masse s’exprime par $C_m=\frac{m_{soluté}}{V_{solution}}$, avec la masse en grammes, le volume en litres et la concentration en g·L⁻¹.

Compléments

• Les récipients comparés sont :

  • un bécher
  • une éprouvette graduée
  • une fiole jaugée

• Pour évaluer la précision des récipients, on les sèche et les pèse, on les remplit jusqu’à 100 mL et les pèse de nouveau, puis on déduit la masse et le volume d’eau mesurés.

• La masse volumique de l’eau utilisée pour convertir la masse d’eau en volume est 1,000 kg·L⁻¹.

• La préparation demandée consiste à fabriquer par dissolution la solution de glucose choisie comme ayant une concentration de 50,0 g·L⁻¹.

📖 3. Composition de l’alcool pharmaceutique

🔑 Notions clés & Définitions

• Composition volumique : Proportions en volume de chaque espèce qui constitue le mélange avant sa réalisation.

★ À maîtriser

• L’étiquette de l’alcool pharmaceutique indique une composition de 70 % vol. et un volume de 250 mL.

Compléments

• Pour déterminer la composition de l’alcool, on mesure sa masse volumique et on la rapporte à la variation de masse volumique d’un mélange eau-éthanol en fonction du pourcentage volumique en éthanol.

• La préparation indiquée pour l’alcool pharmaceutique utilise 75 mL d’eau, et le volume d’éthanol ajouté doit être déterminé à partir de la composition recherchée.

• Le protocole demandé vise à préparer un alcool dont le pourcentage volumique en éthanol est de 90 %.

📖 4. Chromatographie et rapport frontal

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rapport frontal est le rapport de la hauteur de migration de la tache à celle du front du solvant : $R_f=\frac{h}{H}$.

Compléments

• Dans l’interprétation du chromatogramme de l’huile essentielle, l’échantillon 5 est un mélange homogène composé de cinq espèces chimiques pures.

• L’échantillon 5 contient les espèces G et L, car deux de ses composants ont migré comme G et L respectivement.

• Pour la troisième tache, le rapport frontal est calculé par $R_{f3}=\frac{10{,}2}{24{,}2}$.

📖 5. Préparation de solutions par dissolution

📝 Points essentiels

• La préparation par dissolution commence par la mesure d’une masse donnée de poudre, puis la poudre est dissoute avec de l’eau distillée.

• La préparation par dilution consiste à prélever un volume donné de solution mère puis à ajouter de l’eau distillée.

📖 6. Préparation et caractérisation des solutions

★ À maîtriser

• Pour préparer une solution fille par dilution, on prélève un volume de solution mère avec une pipette jaugée, on le transfère dans une fiole jaugée, on complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge, puis on homogénéise.

📐 Formule - La masse volumique d’une solution fille se calcule par $\rho = \frac{m_{\text{fiole remplie}}-m_{\text{fiole vide}}}{V_{\text{fiole}}}$.

📐 Formule - Lors d’une dilution, la masse de soluté est conservée : $C_{m,\text{mère}}V_{\text{prélèvement}}=C_{m,\text{fille}}V_{\text{fille}}$.

Compléments

📌 Le carbonate de sodium étant irritant, sa manipulation exige le port de gants, de lunettes et d’une blouse.

• La solution mère de carbonate de sodium utilisée pour les préparations a une concentration en masse de 200 g·L⁻¹.

📖 7. Dosage par échelle de teintes

★ À maîtriser

• Une échelle de teintes se prépare en diluant une solution mère pour obtenir plusieurs solutions filles de concentrations différentes, puis en comparant leurs couleurs à celle de l’échantillon inconnu.

📌 Dans une échelle de teintes, une solution de couleur plus foncée possède une concentration en colorant plus élevée qu’une solution plus claire.

Compléments

• La solution mère S₀ contenant le colorant E133 a une concentration en masse de 20 mg·L⁻¹.

• Les concentrations des solutions filles S₁ à S₆ sont respectivement :

  • 12 mg·L⁻¹
  • 10 mg·L⁻¹
  • 8 mg·L⁻¹
  • 6 mg·L⁻¹
  • 4 mg·L⁻¹
  • 2 mg·L⁻¹

• La concentration en colorant E133 de l’échantillon de boisson évalué par comparaison se situe entre 6 et 8 mg·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

Plus la teinte est foncée, plus la concentration est élevée.

📖 8. Calculs de concentration et de dilution

★ À maîtriser

📐 Formule - La concentration en masse d’un soluté est donnée par $C_m=\frac{m_{\text{soluté}}}{V_{\text{solution}}}$.

Compléments

• Pour préparer 25 mL d’une solution de NaCl à 5,0 g·L⁻¹, il faut peser 0,125 g de NaCl.

• Pour obtenir 100 mL d’une solution de NaCl à 0,5 g·L⁻¹ à partir d’une solution à 5,0 g·L⁻¹, il faut prélever 10 mL de solution mère.