Niveau 2 nde THEME : LA SANTE. Programme : BO spécial n 4 du 29/04/10

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1 Dcument du prfesseur 1/9 Niveau 2 nde THEME : LA SANTE Physique Chimie DÉTERMINATION DE LA CONCENTRATION D UNE ESPÈCE DONNEE PAR LA MÉTHODE DE COMPARAISON Prgramme : BO spécial n 4 du 29/04/10 LA SANTE NOTIONS ET CONTENUS COMPETENCES ATTENDUES Le diagnstic médical Slutin : slvant, sluté, disslutin d une espèce Savir qu une slutin cntient des mlécules u des ins. mléculaire u inique. Savir que la cncentratin d une slutin en espèce Analyses médicales : cncentratin massique et mlaire dissute peut s exprimer en g.l -1 u en ml.l -1. d une espèce en slutin nn saturée. Cnnaître et expliter l expressin des cncentratins massique et mlaire d une espèce mléculaire u inique dissute. Pratiquer une démarche expérimentale pur déterminer la cncentratin d une espèce (échelle de teintes, méthde par cmparaisn). Les médicaments Principe actif, excipient, frmulatin. Densité, masse vlumique. Analyser la frmule d un médicament. Elabrer u mettre en œuvre un prtcle de disslutin, de dilutin. Pré requis : Ntin de masse vlumique Mts-clé Disslutin Sluté, slvant, slutin Cncentratin massique Cncentratin mlaire (si la classe a étudié la ntin de quantité de matière) Masse vlumique Principe actif Excipient Liste de matériel : 16 files jaugées de 100,0 ml Réf: béchers de 250 ml Réf: entnnirs Réf: balances de précisin Réf: Papier millimétré (une feuille A4 par élève) 8 spatules Réf: pipettes simples (cmpte-guttes) Réf: Liste des prduits : Saccharse en pudre Réf: Eau distillée Réf: PIERRON 2011 Dsage du sucre dans un sirp (page 1)

2 Dcument du prfesseur 2/9 Remarques, astuces : Les masses vlumiques variant peu (de 1 g.ml -1 à 1,2 g.ml -1 envirn), il cnvient particulièrement d insister sur la précisin et la qualité des disslutins réalisées, surtut si les élèves n en nt encre jamais faites. Cmpte tenu du temps imparti au TP, il faut répartir la réalisatin des slutins entre les élèves. Si la classe est cnstituée, par exemple, de 8 binômes, chaque binôme réalise 2 slutins. On purra alrs, à la fin du TP, cmparer les résultats et discuter quant aux rigines des différences éventuelles. Pur limiter les risques d erreurs n rincera les files jaugées avec de l acétne avant le TP. Cmpte tenu la viscsité du sirp, il est préférable que ce sit le prfesseur qui réalise lui-même la mesure de sa masse vlumique. Il faut snger à essuyer le cl de la file avec un mrceau de papier. Si l n dispse d une salle infrmatique, n peut faire tracer le graphique à l aide d un tableur et faire expliter l équatin de la drite pur truver la valeur recherchée. Le sirp utilisé ici est le «BIOCALYPTOL» : la valeur thérique de sa teneur en sucre est 835 g de saccharse par litre de sirp. La masse vlumique de l eau «pure» vaut 0,998 g.ml -1 à 20 C (et nn «1,000»). Nus prenns la valeur de 1,00 g.ml -1 pur ne pas «cmpliquer» inutilement le TP. On utilisera des balances de précisin (0,01g), pur justifier la cnservatin d un nmbre de chiffres significatifs cnséquent lrs des calculs et de la réalisatin du graphique. Ce TP n abrde vlntairement pas les quantités de matière, ce qui permet aux enseignants de le réaliser à tut mment de l année. La cncentratin mlaire peut-être intégrée en prlngement du TP. Pur éviter les cnfusins, il cnvient d avir étudié la ntin de masse vlumique avec les élèves avant d effectuer le TP. Curbes btenues lrs des essais (prévir une feuille de papier millimétré par élève u un traitement infrmatique) : PIERRON 2011 Dsage du sucre dans un sirp (page 2)

3 Dcument du prfesseur 3/9 PIERRON 2011 Dsage du sucre dans un sirp (page 3)

4 Dcument du prfesseur 4/9 Nm : Prénm : Classe : Date : Physique Chimie Thème : La Santé DÉTERMINATION DE LA CONCENTRATION D UNE ESPÈCE DONNEE PAR LA MÉTHODE DE COMPARAISON Objectifs : - Déterminer la cncentratin en sucre d un sirp cmmercial. - Savir réaliser une disslutin. - Cnnaître la différence entre excipient et principe actif. - Cmprendre l intérêt des sirps sans sucre I. Prblème Maxence a mal à la grge. Il retruve dans l armire à pharmacie de la maisn une vieille buteille de sirp. Si la date de péremptin est encre bien visible, la ntice a disparu. Il en prend une cuillerée mais truve ce sirp extrêmement sucré. Sucieux de savir ce qu il ingère, il demande à sn prfesseur de chimie de l aider à déterminer la «quantité de sucre» cntenue dans sa buteille de sirp. Sn prfesseur lui explique alrs le principe de la démarche à suivre. II. Principe On prépare différentes slutins d eau sucrée en réalisant la disslutin d une certaine masse de sucre pur un vlume d eau distillée dnné, puis n calcule la masse vlumique de chaque slutin btenue. En mesurant la masse vlumique du sirp, n purra alrs, par cmparaisn avec celles des précédents échantillns, en déduire sa cncentratin massique en sucre. On ne tiendra pas cmpte, dans cette cmparaisn de masses vlumiques, des ingrédients autres que le sucre cntenus dans le sirp. III. Ntins thériques Cmpléter le texte ci-dessus : Lrsque l n dissut une certaine masse «m» d une espèce chimique appelée sluté dans un certain vlume «V» de liquide appelé slvant, n btient une slutin. Si le slvant est l eau, n btient une slutin aqueuse. Le «sucre» dnt il est questin ici est la mlécule de saccharse de frmule brute C 12 H 22 O 11. Rappeler de quels atmes est cnstituée cette mlécule : 12 atmes de carbne, 22 atmes d hydrgène et 11 atmes d xygène. Lrsque l n dissut du sucre dans l eau, les mlécules de saccharse se séparent et se dispersent parmi les mlécules d eau sans être mdifiées. On écrit simplement : C 12 H 22 O 11 (s) Le symble (aq) signifiant aqueux. eau C 12 H 22 O 11 (aq) PIERRON 2011 Dsage du sucre dans un sirp (page 4)

5 Dcument du prfesseur 5/9 Quel(s) type(s) d entité(s) chimique(s) cntient une slutin d eau sucrée? De quelle nature est-elle? L eau sucrée est une slutin mléculaire car elle n est cnstituée que de mlécules d eau et de saccharse. On définit la cncentratin massique C m d une slutin de la façn suivante : La cncentratin massique C m d une slutin est égale à la masse de sluté dissus par litre de slutin. La cncentratin massique d une slutin se calcule par la relatin ci-dessus pur laquelle vus cmpléterez les cadres qui l encadrent : Cncentratin massique en g.l -1 (u g/l) C m m V Masse de sluté (en g) Vlume de slutin (en L) IV. Réalisatin des slutins Chaque grupe réalise deux slutins différentes de 1 à 8 : vir le tableau ci-dessus ù sernt regrupés les résultats de la classe. Ce grupe réalise les slutins et Indiquer la relatin mathématique à utiliser pur calculer les masses de sucre qu il faut dissudre dans le vlume d eau prpsé pur réaliser les slutins attribuées au grupe. Faire le calcul puis cmpléter la ligne 3 du tableau sus les numérs des slutins attribuées (les autres grupes cmpléternt ce tableau). Frmule : m = C m.v Slutin N.. m =. g Slutin N. m = g N de la slutin Cncentratin massique en sucre 0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 recherchée (g.l -1 ) Vlume de la slutin (ml) 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 Masse de sucre à dissudre (g) 0 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 Masse vlumique (g.ml -1 ) 1,00 1,01 1,033 1,053 1,073 1,090 1,109 1,128 1,144 PIERRON 2011 Dsage du sucre dans un sirp (page 5)

6 Dcument du prfesseur 6/9 Pur réaliser vs slutins, respecter les cnsignes suivantes : ATTENTION, CETTE ETAPE DEMANDE LA PLUS GRANDE PRECISION! ELLE EST ICI DECRITE POUR LA REALISATION D UNE SOLUTION NOTEE «X» «X» CORRESPOND AU NUMERO DE L UNE DES SOLUTIONS A REALISER PAR LE GROUPE Prendre un bécher prpre et sec et nter dessus le numér de la slutin à réaliser sit «X» Pser ce bécher sur la balance de précisin. Appuyer sur la tuche «tare». (vir pht ci-dessus) Ajuter dans ce bécher la masse de sucre nécessaire pur réaliser la slutin «X». Peser l une des deux files jaugées de 100,0 ml mises à vtre dispsitin sur laquelle sera nté le numér «X» de la slutin à réaliser et nter sa masse : m X = g A l aide d un entnnir sec, transvaser le cntenu du bécher dans la file. Rincer le bécher et l entnnir, récupérer l eau de rinçage dans la file. Ajuter de l eau distillée jusqu au ¾ de la file. (vir pht ci-dessus) Bucher et mélanger jusqu à ce que tut le sucre sit dissus. Ajuter de l eau distillée jusqu à quelques millimètres sus le trait de jauge. Cmpléter à l aide de la pipette simple. Attentin au ménisque! (vir pht ci dessus) Peser maintenant la file jaugée cntenant les 100,0 ml de slutin «X» : m X =... g Recmmencer pur l autre slutin ntée «Y» à réaliser. La file jaugée utilisée vide a pur masse m Y = g Cntenant les 100,0 ml de slutin «Y» sa masse est : m Y =.. g V. Caractérisatin des slutins Les slutins btenues semblent-elles différer par un paramètre «extérieur»? Nn, elles snt tutes inclres, n ne peut les discerner à l œil nu. Maxence se suvient que pur caractériser une slutin, n peut calculer sa masse vlumique. PIERRON 2011 Dsage du sucre dans un sirp (page 6)

7 Dcument du prfesseur 7/9 La masse vlumique ρ d une espèce chimique est la masse d une unité de vlume de cette espèce chimique. La masse vlumique ρ S d une slutin se calcule par la relatin ci-dessus pur laquelle vus cmpléterez les cadres qui l encadrent : Masse de la slutin (en g) Masse vlumique en g.ml -1 (u g/ml) ρ S m V S Vlume de la slutin (en ml) Déterminer, en indiquant la démarche suivie, la masse vlumique des slutins préparées et cmpléter la dernière ligne du tableau du paragraphe IV avec le reste de la classe. On cnnaît la masse de la file jaugée vide qui cntiendra la slutin «X» : m X =.. g On pèse la file cntenant les 100,0 ml de slutin «X» : m X = g On déduit la masse de la slutin «X» : m SX, = m X m X =.. g On calcule la masse vlumique de la slutin «X» à l aide de la relatin: ρ SX = m SX / V Cmment varie la masse vlumique de la slutin quand la cncentratin massique en sucre augmente? Lrsque la cncentratin massique en sucre augmente, la masse vlumique augmente également. Sachant qu il existe une relatin simple entre la masse vlumique de la slutin et sa cncentratin massique en sucre, indiquer une façn de déterminer cette relatin. On réalise le graphique représentant la masse vlumique en fnctin de la cncentratin massique en sucre. Si une relatin simple existe, n btiendra sans dute une drite. (On peut s attendre à ce que certains élèves pensent à la prprtinnalité en effectuant le rapprt ρ/c m ) VI. Réalisatin du graphique Sur du papier millimétré, tracer le graphique représentant les variatins de la masse vlumique en fnctin de la cncentratin massique. En mathématiques, ce graphe s écrit ρ = f (C m ). Ne pas ublier d indiquer les grandeurs sur les axes, le nm des unités et de dnner un titre au graphique. On chisira l échelle suivante : En abscisse : 2 cm pur 100 g.l -1 En rdnnée : 5 cm pur 0,1 g.ml -1 On cmmencera à graduer l axe des rdnnées à 0,9 Quand tus les pints snt placés, n trace la «drite myenne qui passe par un maximum de pints et tient cmpte des autres qui divent se répartir autant en dessus qu au-dessus. Rappel : un pint, sur un graphe, se représente par une crix, intersectin du relevé d abscisse et du relevé d rdnnée. ρ en g.ml -1 0,9 Titre 0 C m en g.l -1 PIERRON 2011 Dsage du sucre dans un sirp (page 7)

8 Dcument du prfesseur 8/9 VII. Déterminatin de la cncentratin massique en sucre du sirp Cmment se servir du graphe tracé pur déterminer la cncentratin massique en sucre du sirp? Indiquer la démarche à suivre et réalisez-la sachant que le prfesseur a déterminé la masse vlumique du sirp : ρ S = 1,310 g.ml -1 On place la valeur de ρ S sur l axe des rdnnées On lit sur l axe des abscisses la cncentratin massique en sucre. Valeur truvée : C sirp,exp = 865 g.l -1 Cnclusin : La valeur truvée expérimentalement de la cncentratin massique en sucre du sirp étudié est : C sirp,exp = 865 g.l -1 VIII. Vérificatin du résultat On suhaite vérifier ce résultat grâce au but de ntice retruvée de ce sirp. A l aide de cet extrait de ntice, déterminez la cncentratin massique thérique, ntée C sirp,thé du sirp en saccharse. Il y a 12,52 g de saccharse pur 15 ml de sirp dnc dans un litre de sirp, il y en aura (12, ) 15 = 835g. La cncentratin massique thérique vaut 835 g.l -1. En utilisant la relatin : C m = m / V n truve le même résultat : C sirp,thé = 12,52 / 0,015 = 835 g.l -1 Quelle apprximatin a-t-n fait en cmparant ntre sirp avec les slutins d eau sucrée? On cnsidère que le sirp ne cntient que des mlécules d eau et de saccharse. Cette apprximatin vus semble-t-elle justifiée? Expliquez. Oui car n retruve une valeur expérimentale très prche de la valeur thérique, dnc le prtcle est pertinent. (On peut s attendre à : le saccharse est présent dans des prprtins beaucup plus élevées ). Cmparez vtre résultat à ceux btenus par les autres grupes. Que remarquez-vus? Cmment puvezvus l expliquer? Les résultats snt différents seln les grupes mais snt relativement prches. Il y a eu des erreurs expérimentales lrs de la réalisatin des dilutins (pesée, ménisque ) et le tracé de la drite myenne peut varier d une persnne à une autre. PIERRON 2011 Dsage du sucre dans un sirp (page 8)

9 Dcument du prfesseur 9/9 IX. Sucre u pas sucre dans un sirp? Une questin se pse ici : avec tut ce sucre dans le sirp, il ne peut pas être cnsmmé par les diabétiques par exemple u sn empli répété peut prvquer des caries si n ne se brsse pas bien les dents! Peut-n éviter d absrber tut ce sucre en se signant quand même? Il existe effectivement un sirp qui cntient le même «principe actif» mais sans sucre dnt la bite et la ntice snt représentées ci-dessus. En bservant les étiquettes des deux sirps, indiquer leur pint cmmun. Ces deux sirps cntiennent une mlécule en cmmun, appelée «substance active» : la phlcdine. Cette mlécule est appelé principe actif, prpsez une définitin d un «principe actif». Le principe actif (u substance active) d un médicament est la mlécule chargée de prévenir u de guérir une maladie. Le saccharse n est pas présent dans le deuxième sirp. Quelles snt les mlécules qui le remplacent ici? Il y a ntamment : le pvidne, le maltitl liquide, la saccharine sdique Elles snt appelées excipients. Prpsez une définitin expliquant leur rôle. Les excipients d un médicament snt les mlécules qui permettent une meilleure absrptin du principe actif. Elles n nt aucune vertu thérapeutique. PIERRON 2011 Dsage du sucre dans un sirp (page 9)