Aurélie 06/06/07
 

bac S Polynésie 2007 : à propos du lait, tensioactifs, acide lactique.

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Naturellement le lait n'est pas qu'eau et matières grasses, car les deux corps ne se mélangent pas : du beurre fondu et de l'eau restent séparés... De fait le lait contient également des protéines et diverses autres molécules tensioactives, c'est à dire qui ont une partie soluble dans l'eau et une partie soluble dans la matière grasse. En plaçant au contact de l'eau leur partie soluble dans l'eau et au contact de la graisse leur partie soluble dans la graisse, ces molécules tensioactives forment un enrobage qui délimite les globules de matière grasse, les stabilise et assure leur dispersion dans l'eau. Cette stabilisation est renforcée par les molécules de caséine qui, à la surface des globules assurent une répulsion mutuelle de ceux-ci car elles sont négativement chargées.

Extrait de : les secrets de la casserole, H. THis, Ed. Belin.

Données :

Le lactose est le sucre caractéristique du lait. Sous l'action d'enzymes, le lactose se transforme en acide lactique au cours du temps, augmentant l'acidité naturelle du lait.

Acide lactique : CH3-CHOH-COOH ; masse molaire M=90 g/mol.

Le pKa du couple acido-basique de l'acide lactique est égal à 3,8. On notera AH l'acide lactique.

Etude du document :

  1. Reformuler en langage scientifique l'expression " du beurre fondu et de l'eau restent séparés".
    - Donner l'adjectif qui permet de qualifier la partie soluble dans l'eau des molécules tensioactives.
  2. Une molécule tensioactive peut être représentée par :
    partie soluble dans les graisses ------------O partie soluble dans l'eau.

    Schématiser un globule de matière grasse en suspension dans l'eau.

" du beurre fondu et de l'eau restent séparés"

"séparés" signifie : espèces qui ne se mélangent pas.

D'où en langage scientifique : le beurre fondu et l'eau sont deux liquides non miscibles.

La partie soluble dans l'eau des molécules tensioactives est qualifiée par l'adjectif " hydrophile " ( amie de l'eau ).

Schéma d'un globule de matière grasse en suspension dans l'eau :

-------------------O

longue chaine carbonée lipophile, hydrophobe ; tête hydrophile


La partie lipophile du tensioactif se fixe sur la goutte de graisse ( ou de corps gras) ; par son extrémité hydrophile, le tensioactif entraîne la goutte de beurre ( ou du corps gras) dans l'eau.

 
L'acide lactique :

  1. Donner la formule semi-développée de l'ion lactate, base conjuguée de l'acide lactique.
    - Donner l'expression de la constante d'acidité Ka du couple acide lactique / ion lactate.
  2. La mesure au laboratoire du pH d'une solution d'acide lactique de concentration c = 1,0 10-2 mol/L donne pH=2,9.
    - Calculer la concentration en ion oxonium de la solution
    - Définir puis calculer le taux d'avancement de la réaction de l'acide lactique avec l'eau. Conclure.
  3. A partir des résultats expérimentaux calculer la valeur de la constante Ka du couple de l'acide lactique, puis son pKa.
    - Quelle peut être la cause du léger écart observé avec la valeur donnée dans le texte ?
Formule semi-développée de l'ion lactate, base conjuguée de l'acide lactique :

CH3-CHOH-COO-.

Expression de la constante d'acidité Ka du couple acide lactique / ion lactate, noté AH / A- :

AH (aq) +H2O = A- (aq) + H3O+(aq).

Ka = [A-(aq) ]éq[H3O+(aq)]éq / [AH (aq) ]éq.

 Concentration en ion oxonium de la solution :

[H3O+(aq)]éq = 10-pH = 10-2,9 = 1,3 10-3 mol/L.

Taux d'avancement t de la réaction de l'acide lactique avec l'eau.

Le tableau ci-dessous est établi pour un volume de solution V= 1 L.
avancement (mol)
AH
+H2O
= A-
+ H3O+
initial
0
c
solvant en large excès
0
0
en cours
x
c-x
x
x
final
xf
c-xf
xf
xf = 10-pH
final si réaction totale
xmax
c-xmax
xmax
xmax
t = xf / xmax = 10-pH / c

t =10-2,9 / 10-2 = 10-0,9 ; t = 0,13.

Le taux d'avancement final étant très inférieur à 1, la réaction de l'acide lactique avec l'eau est limitée.

Valeur de la constante Ka du couple de l'acide lactique :

[A-(aq) ]éq= [H3O+(aq)]éq =10-pH = 10-2,9 = 1,258 10-3 mol/L

La conservation de l'élément carbone s'écrit :

[A-(aq) ]éq+[AH (aq) ]éq = c = 10-2 mol/L

[AH (aq) ]éq =10-2 -1,258 10-3 =8,74 10-3 mlol/L

Ka = [A-(aq) ]éq[H3O+(aq)]éq / [AH (aq) ]éq.

Ka = 1,258 10-3* 1,258 10-3 / 8,74 10-3 ; Ka = 1,8 10-4.

pKa = - log Ka = - log 1,81 10-4 ; pKa = 3,7.

L'écart avec la valeur indiquée (3,8) est sans doute due à une mesure imprécise du pH.

 

Dosage de l'acide lactique dans un lait :

On introduit dans un erlenmeyer vA=20,0 mL d'un échantillon de lait et quelques gouttes de phénolphtalèine. On ajoute progressivement une solution d'hydroxyde de sodium de concentration cb= 5,0 10-2 mol/L. Le changement de couleur du milieu réactionnel est observé pour un volume de solution d'hydroxyde de sodium ajouté égal à 9,2 mL.

  1. Faire le schéma annoté du montage expérimental.
  2. Ecrire l'équation de la réaction entre l'acide lactique et l'ion hydroxyde HO-.
    - Déterminer la concentration molaire de l'acide lactique du lait étudié.
  3. La concentration en acide lactique d'un lait frais ne doit pas dépasser 1,8 g/L. Conclure quant à la fraicheur du lait étudié.

Equation de la réaction entre l'acide lactique et l'ion hydroxyde HO-.

AH (aq)+ HO- (aq) = H2O + A-(aq)

Concentration molaire de l'acide lactique du lait étudié.

A l'équivalence les quantité de matière des réactifs mis en présence sont en proportions stoechiométriques

cvA = cB véqui ; c= cB véqui / vA =9,2* 0,05/20 ; c = 2,3 10-2 mol/L.

titre massique d'acide lactique (g/L) = concentration (mol/L) * masse molaire (g/mol)

t = 0,023*90 =2,1 g/L.

Cette valeur étant supérieure à la norme (1,8 g/L), le lait n'est pas frais.
 
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