Épreuve pratique. 30 es Olympiades de la chimie

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1 Épreuve pratique 30 es lympiades de la chimie commenté Le glucose dans l'alimentation du sportif Édition octobre lympiades nationales de la chimie Le Diamant A PARIS LA DEFESE chimie.fr

2 À droite est présenté, un cahier de laboratoire tel qu'un candidat aurait pu le rédiger lors de l'épreuve de manipulation. À gauche sont commentés les points attendus par le jury dans ce cahier de laboratoire. Ces éléments sont de plusieurs ordres, ce sont soit des reprises d'éléments du protocole, soit des données mesurées, soit des réflexions faites par le candidat lors de l'expérimentation (analyse des données, justification des choix, etc.). 30 es lympiades de la chimie Problématique Le glucose est un nutriment particulièrement important pour le sportif. Il est consommé lors de l effort et un apport en glucose est nécessaire tout au long de celui-ci, par exemple via la consommation de boissons isotoniques. La consommation de ces boissons dispense-t-elle le sportifd une alimentation variée et équilibrée? Partie A Dosage du glucose dans des boissons énergétiques H H H H glucose H H + 2 glucose oxydase H H H + H 2 2 n privilégie, pour gagner du temps, les mots clefs, les schémas, les listes, etc. H H 2 péroxydase H H 2 Support pour l'appel n 1 Inutile de rédiger complètement le protocole Protocole recherche de sa concentration par spectrophotométrie quinone-imine molécule colorée Calculdes concentrations massiques en glucose dans les boissons commerciales à partirdes données : C m (Isostar) = 6,7 g.l -1 -> facteur de dilution entre 31 et 515 C m (Powerade) = 35 g.l -1 -> facteur de dilution entre 160 et 515 n les dilue pour avoir des concentrations massiques en glucose telles que : 0,013 < C m < 0,22 g.l -1. Préparation d'une gamme de solutions étalon, à partir de la solution S 0 de concentration massique 0,100 g.l -1 : - dilution par 5 (10 ml dans 50 ml) - dilution par 2 (25 ml dans 50 ml) - dilution par 1, 25 (40mL dans 50mL) lympiades nationales de la chimie épreuve pratique du concours lympiades nationales de la chimie cahier de laboratoire commenté / "Le glucose dans l'alimebntation du sportif" 201 3/

3 30 es lympiades de la chimie Solution S 1 S 2 S 3 Volume de S 0 (ml) V tot (ml) Concentration massique en glucose C m (g.l -1 ) 0,020 0,050 0,080 Appel n 1 Les compléments donnés par le jury peuvent être collés sur le cahier de laboratoire. bservations Le cahier de laboratoire doit faire apparaître les observations principales (changement de couleur, formation d un précipité ) et toute observation que le candidat juge pertinente, ainsi que des interprétations théoriques de ces observations quand cela est possible. Liste du matériel : 3 fioles jaugées de 50 ml + bouchons Pipettes jaugées de 10, 20, 25 ml + propipette Cuves pour spectrophotomètres + porte-cuve 1 spectrophotomètre visible 1 pissette d eau distillée Préparation des cuves : mise en présence des boissons diluées et des solutions étalon avec le kit RTU(voir complément distribué par le jury pour le mode opératoire). bservation Visuellement, on peut remarquer que, après réaction avec le RTU, l Isostar dilué est moins coloréque la solution S 1 tandis que le Powerade diluéa une couleur intermédiaire entre celles des solutions S 2 et S 3. Interprétation Pour l'isostar dilué, C m < C m (S 1 ). Pour le Powerade dilué, C m (S 2 ) < C m < C m (S 3 ). Mesure des absorbances des solutions à λ = 505 nm (longueur d'onde du maximum d'absorption de la quinone-imine) : Solution S 1 S 2 S 3 S 0 Isostar Powerade Concentration massique en glucose C m (g.l -1 ) 0,020 0,050 0,080 0,100 0,019 0,078 A 0, 219 0, 552 0, 868 1, 096 0, 208 0, 851 lympiades nationales de la chimie épreuve pratique du concours lympiades nationales de la chimie cahier de laboratoire commenté / "Le glucose dans l'alimebntation du sportif" 201 3/

4 30 es lympiades de la chimie Remarque Il faut impérativement faire apparaître les résultats et les exploiter. Exploitation Loi de Beer-Lambert : A = k C quinone imine C quinone imine = 1 / 2 C glucose, en supposant que les réactions mises en jeu sont totales. n en déduit : A = 1 / 2 C glucose = k Cm où Mdésigne la masse molaire du glucose. 2M L'absorbance des solutions placées dans les cuves est donc proportionnelle à la concentration massique C m du glucose. Analyse I l est important d'avoir un regard critique sur les résultats. Par lecture graphique, on obtient les concentrations massiques en glucose des boissons diluées puis on calcule celles des boissons pures : C m, isostar = 0, = 1,9 g.l -1 (étiquette : 6,1 g.l -1 ) C m, powerade = 0, = 39 g.l -1 (étiquette : 35 g.l -1 ) Conclusion : Les valeurs obtenues sont cohérentes, sachant que les données de l'étiquette ne sont pas précises mais donnent juste un ordre de grandeur de la concentration massique en glucose. lympiades nationales de la chimie épreuve pratique du concours lympiades nationales de la chimie cahier de laboratoire commenté / "Le glucose dans l'alimebntation du sportif" 201 3/

5 30 es lympiades de la chimie Partie B : Analyse du fonctionnement du kit RTU Support pour l'appel n 2 Tampon phosphate ph6,6 > H 2 P HP 4 Dosage à réaliser Dosage réalisé précédemment Manipulation Il est important de donner l'équation de la réaction support de titrage. n réalise le dosage d'un acide par une base forte : H 2 P 4- + H - > HP 4 + H 2 Soude (a + + H - ) à 0,050 mol.l -1 Schéma indispensable 5 ml de kit RTU+ 10 ml d eau distillée Électrode ph-métrique ph-métre lympiades nationales de la chimie épreuve pratique du concours lympiades nationales de la chimie cahier de laboratoire commenté / "Le glucose dans l'alimebntation du sportif" 201 3/

6 30 es lympiades de la chimie Résultat n obtient V eq = 12,5 ml pour le titrage des ions H 2 P 4- par les ions H -. Exploitation des résultats : Pour le titrage des ions HP 4 : [HP 4 ] = 0, / 5 = 100 mmol.l -1 Pour le titrage des ions H 2 P 4- : [H2P 4- ] = 0,050 12,5 / 5 = 125 mmol.l -1 Il est possible de mentionner les sources d incertitudes : double erreur de lecture sur la burette erreur sur la détection de l'équivalence Ainsi : [HP 4 ] + [H 2 P 4- ] = 225 mmol.l -1 Conclusion Les espèces acido-basiques de l'acide phosphorique présentes dans le kit RTUont une concentration totale de 225 mmol.l -1, ce qui correspond à l'indication de l'étiquette. lympiades nationales de la chimie épreuve pratique du concours lympiades nationales de la chimie cahier de laboratoire commenté / "Le glucose dans l'alimebntation du sportif" 201 3/

7 30 es lympiades de la chimie Partie C : Modélisation de la digestion des glucides Remarque La réponse à la problématique 2 est faite sur dictaphone, elle n'a pas besoin d'apparaître sur le cahier. Analyse théorique - Les boissons énergétiques contiennent des sucres rapides (glucose et saccharose). - Les pâtes contiennent des sucres lents (amidon) qui permettent, lors du métabolisme, d'apporter de l'énergie tout au long de l'effort. Manipulation - Schéma du montage utilisé pour l hydrolyse de l'amidon : Entrée d eau Support pour l'appel n 3 Thermomètre 10 ml d empois Sortie d eau Support élévateur d amidon + 3 ml d acide chlorhydrique à 6 mol.l -1 Réfrigérant à boules Bain-marie à C Plaque chauffante lympiades nationales de la chimie épreuve pratique du concours lympiades nationales de la chimie cahier de laboratoire commenté / "Le glucose dans l'alimebntation du sportif" 201 3/

8 30 es lympiades de la chimie - CCMau bout de 20 minutes (éluant : butanone / acide acétique / éthanol : 6/2/2) : ature des dépôts (de gauche à droite) : - glucose (Rf = 0,45), - maltose (Rf= 0,28), - amidon (Rf= 0), - milieu réactionnel de la réaction d hydrolyse (Rf= 0, 45). Interprétation L'hydrolyse de l'amidon réalisée au laboratoire conduit au glucose. En revanche, cette CCMne permet pas de montrer que le maltose est formé de façon intermédiaire au cours de cette hydrolyse. Il aurait certainement fallu faire une CCMaprès une durée plus courte d hydrolyse pour le voir. Conclusion Le glucose constitue le carburant des sportifs. Une fois ingéré, il est rapidement utilisé par l'organisme. Ainsi, il est donc recommandé de consommer, pendant l'effort, des aliments à index glycémique élevé afin d'obtenir un apport en glucose immédiat. Toutefois, pour éviter un apport continu en glucose tout au long de l'effort, il est conseillé aux sportifs de consommer des aliments à index glycémique faible (comme les pâtes) pour se constituer une réserve d'énergie. Ce document a été conçu par l'équipe du groupe préparant l'épreuve de Manipulation du concours des C. La réalisation technique a été assurée par la coordination des lympiades. Concernant l'apport en glucose, les industriels conseillent la consommation de boissons énergétiques censées apporter à la fois l'eau dont le sportifa besoin pour se réhydrater et des sucres «rapides» en proportions optimales. Cependant, vu l'écart important entre les concentrations en glucose de l'isostar et du Powerade, on est en droit de se demander si la composition de ces boissons énergétiques est réellement optimisée. lympiades nationales de la chimie épreuve pratique du concours lympiades nationales de la chimie cahier de laboratoire commenté / "Le glucose dans l'alimebntation du sportif" 201 3/

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