Exemple de cahier de laboratoire : cas du sujet 2014 Commentaires pour l'évaluation Contenu du cahier de laboratoire 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 sportif d'une alimentation variée et équilibrée? Partie A : Dosage du glucose dans des boissons énergétiques H H + 2 glucose oxydase + H 2 2 H H n privilégie, pour gagner du temps, les mots clefs, les schémas, les listes, etc. glucose H 2 + + 2 H 2 2 peroxydase + 4 H 2 quinone imine n 1 : inutile de rédiger complètement le protocole molécule colorée recherche de sa concentration par spectrophotométrie Protocole : Calcul des concentrations massiques en glucose dans les boissons commerciales à partir des données : C m (Isostar) = 6,7 g.l 1 facteur de dilu on entre 31 et 515 C m (Powerade) = 35 g.l 1 facteur de dilu on 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) Solution S 1 S 2 S 3 Volume de S 0 (ml) 10 25 40 V tot (ml) 50 50 50 Concentration massique en glucose C m (g.l 1 ) 0,020 0,050 0,080 lympiades nationales de la chimie exemple de tenue de cahier de laboratoire 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 l Isostar dilué est moins coloré que la solution S 1 tandis que le Powerade dilué a 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 Remarque : Il faut impérativement faire apparaître les résultats et les exploiter. Exploitation : Loi de Beer Lambert : en supposant que les réactions mises en jeu sont totales. n en déduit : où M désigne la masse molaire du glucose L'absorbance des solutions placées dans les cuves est donc proportionnelle à la concentration massique C m du glucose. lympiades nationales de la chimie exemple de tenue de cahier de laboratoire 2
Analyse : Il 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 = 0,019 100 = 1,9 g.l 1 (étiquette : 6,1 g.l 1 ) C m, powerade = 0,078 500 = 39 g.l 1 (étiquette : 35 g.l 1 ) 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. Partie B : Analyse du fonctionnement du kit RTU n 2 : Tampon phosphate ph 6,6 H 2 P 4 + HP 4 2 Manipulation : Dosage à réaliser Dosage réalisé précédemment 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 2 + H 2 Soude (a + + ) à 0,050 mol.l 1 Schéma indispensable Electrode ph métrique 5 ml de kit RTU + 10 ml d eau distillée ph mètre lympiades nationales de la chimie exemple de tenue de cahier de laboratoire 3
Résultat : v (ml) n obtient V eq = 12,5 ml pour le titrage des ions H 2 P 4 par les ions. Exploitation des résultats : Pour le titrage des ions HP 4 2 : [HP 4 2 ] = 0,050 10 / 5 = 100 mmol.l 1 Pour le titrage des ions H 2 P 4 : [H 2 P 4 ] = 0,050 12,5 / 5 = 125 mmol.l 1 Ainsi : [HP 4 2 ] + [H 2 P 4 ] = 225 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 Les espèces acido basiques de l'acide phosphorique présentes dans le kit RTU ont une concentration totale de 225 mmol.l 1, ce qui correspond à l'indication de l'étiquette. Remarque : la réponse à la problématique 2 est faite sur dictaphone, elle n'a pas besoin d'apparaître sur le cahier. Partie C : Modélisation de la digestion des glucides 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. lympiades nationales de la chimie exemple de tenue de cahier de laboratoire 4
Manipulation : Schéma du montage utilisé pour l hydrolyse de l'amidon : n 3 : Sortie d eau Réfrigérant à boules Thermomètre Entrée d eau 10 ml d empois d amidon + 3 ml d acide chlorhydrique à 6 mol.l 1 Bain marie à 85 95 C Plaque chauffante Support élévateur CCM au bout de 20 minutes (éluant : butanone / acide acétique / éthanol : 6/2/2) : ature des dépôts (de gauche à droite) : glucose (R f = 0,45), maltose (R f = 0,28), amidon (R f = 0), milieu réactionnel de la réaction d hydrolyse (R f = 0,45). Interprétation : L'hydrolyse de l'amidon réalisée au laboratoire conduit au glucose. En revanche, cette CCM ne permet pas de montrer que le maltose est formé de façon intermédiaire au cours de cette hydrolyse. Il aurait certainement fallu faire une CCM après une durée plus courte d hydrolyse pour le voir. 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. Concernant l'apport en glucose, les industriels conseillent la consommation de boissons énergétiques censées apporter à la fois l'eau dont le sportif a 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 exemple de tenue de cahier de laboratoire 5