TP n˚5 : Polarimétrie - Proposition de correction

PCSI - Lycée Brizeux - Quimper
TP - Chimie organique
TP n˚5 : Polarimétrie - Proposition de correction
Utilisation du polarimètre
Après relecture de la notice fournie par le constructeur du polarimètre que vous avez utilisé en TP,
voici quelques consignes supplémentaires pour la bonne utilisation de l’appareil.
– Je vous rappelle brièvement la démarche : on étalonne l’appareil, puis on place l’échantillon à
analyser dans la cuve, on déplace les vis pour que la teinte soit à nouveau uniforme, on lit la
valeur de l’angle obtenu.
– L’étalonnage doit être effectué avec la cuve vide (les résultats ne sont pas très différents lorsque
l’étalonnage a été effectué sans cuve, la différence principale que j’ai rencontré à l’utilisation est
qu’il faut refaire la mise au point de l’oculaire si l’étalonnage est fait sans cuve).
– La valeur de l’angle lue lors de cet étalonnage doit être proche de 0˚. Certains d’entre vous ont lu
des valeurs très différentes, car effectivement il y a d’autres positions pour lesquelles on obtient
une teinte uniforme. Je n’ai pas pour l’instant d’explication à fournir à ce constat, ne sachant
pas de manière détaillée de quoi est composé le polarimètre.
– En résumé, souvenez-vous de deux choses : étalonnage cuve vide et valeur d’étalonnage proche
de 0˚.
Réalisation des dilutions
Au cours de la séance j’ai vu que certains personnes ne maîtrisaient pas encore tout à fait le procédé
de dilution. Je vous en rappelle donc les étapes.
On dispose d’une solution dite solution mère, on souhaite préparer par dilution une solution de concentration donnée, dite solution fille. Pour savoir la quantité de matière à prélever, il faut raisonner sur
les quantités de matière ; en effet, la quantité de matière prélevée de la solution mère sera conservée à
l’issue de la dilution. On connaît le volume de solution fille à préparer, ainsi que sa concentration. On
connaît donc la quantité de matière à y introduire. Connaissant la concentration de la solution mère,
on en déduit le volume à prélever.
1. La première étape d’une dilution est le prélèvement d’un volume donné de solution mère. Comme
cette étape doit être précise, il faut utiliser du matériel de précision, à savoir une pipette graduée,
ou mieux encore, jaugée.
2. Verser ce volume de solution mère dans une fiole jaugée de volume égal au volume désiré de
solution fille (attention, pour les pipettes jaugées deux traits, à ne pas dépasser le trait du bas
lors de cette opération).
3. Ajouter du solvant (dans la majorité des cas de l’eau distillée) jusqu’à ce que la fiole jaugée soit
remplie entre le tiers et la moitié.
4. Agiter afin d’homogénéiser la solution. Pour cela, boucher la fiole jaugée avec un bouchon, et
renverser à plusieurs reprises la fiole en maintenant le bouchon. Ce geste, délicat et lent, permet
d’éviter de sérieux désagrément en cas de libération du bouchon.
5. Ajouter du solvant jusqu’au bas du col de la fiole jaugée, et agiter à nouveau. Ces agitations
intermédiaires permettent de faciliter l’homogénéisation finale de la solution.
6. Compléter jusqu’au trait de jauge, en ajoutant délicatement le solvant, afin de ne pas dépasser
le trait de jauge. Si le trait est dépassé, la dilution est à recommencer depuis le début !
7. La solution fille est prête !
Tristan Ribeyre [[email protected]]
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Traitement des données - Solutions de fructose
Chaque binôme a traité une solution de concentration différente.. Toutefois, certains binômes ont
Fructose
eu des difficultés lors de la dilution ou de l’étalonnage du polarimètre, il y a donc moins de valeurs
Concentration (g/L) Angle expérimental (°) Angle tabulé (°)
(concentration ; angle) que prévu.
les données
expérimentales (carrés bleus), la
13,75 La figure 1 représente
2
-2,79
42,2
-3,3
droite obtenue par régression 16,25
linéaire
(tirets
bleus)
et
la
droite
calculée
d’après les valeurs tabulées
37,5
19,8
-7,61
32,5
7,1
-6,59
(trait plein orange).
Traitement des données - Solutions de fructose
50
40
Angle (°)
30
f(x) = -0,2189x + 23,2487
R! = 0,0207
20
Angle expérimental (°)
Régression linéaire
pour Angle
expérimental (°)
Angle tabulé (°)
10
0
10
15
20
25
30
35
40
-10
-20
Concentrations (g/L)
Figure 1 – Solutions de fructose
Traitement des données - Solutions de saccharose
Chaque binôme a traité une solution de concentration différente.. Toutefois, certains binômes ont
eu des difficultés lors de la dilution ou de l’étalonnage du polarimètre, il y a donc moins de valeurs
(concentration ; angle) que prévu. La figure 2 représente les données expérimentales (carrés bleus), la
droite obtenue par régression linéaire (tirets bleus) et la droite calculée d’après les valeurs tabulées
(trait plein orange).
!"##$"%&'(
>%"?@(A(B@+C('+C&BBD('+;+!&EF@?&B'+C(+'"##$"%&'(
,2
,1
,-
GB*E(+5I7
,0
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<=+8+09.1.:
3
GB*E(+(6HD%?A(B@"E+5I7
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Page 1
2
1
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/0
/.
10
1.
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K&B#(B@%"@?&B+5*LM7
Figure 2 – Solutions de saccharose
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Traitement des données - Analyse
Les résultats expérimentaux ne sont pas du tout en accord avec la loi de Biot, comme l’atteste la
valeur très faible du coefficient de corrélation dans les cas : les données expérimentales ne suivent pas
du tout une évolution linéaire. Cela est peut-être du à des erreurs lors des dilutions de solutions, ou
lors de la lecture sur le polarimètre. Les grandeurs expérimentales auraient normalement être alignées,
aux incertitudes expérimentales près. Le coefficient directeur de la droite obtenue est le pouvoir rotatoire spécifique [α]0 apparaissant dans la loi de Biot. Pour la suite du traitement, nous utiliserons les
grandeurs tabulées, les données expérimentales n’étant pas satisfaisantes.
Remarque importante : Les angles lus sont des grandeurs algébriques. Lors de vos lectures vous n’en
avez pas tenu compte, alors que toutes les valeurs lues pour le fructose doivent être négatives, du fait
du signe du pouvoir rotatoire spécifique. Si la rotation de l’analyseur est effectuée dans le sens horaire
(resp. trigonométrique)pour retrouver l’équipénombre (teinte uniforme), la substance est dextrogyre
(resp. lévogyre), le pouvoir rotatoire spécifique est positif (resp. négatif).
Traitement des données - Solution d’un mélange de fructose et de saccharose
L’intérêt majeur de la polarimétrie n’est pas de déterminer des pouvoirs rotatoires spécifiques,
mais de déterminer la composition d’un milieu par la mesure de l’angle de déviation. Par exemple,
si une seule espèce possède un pouvoir rotatoire spécifique non nul, la mesure de l’angle de déviation
permet de connaître la concentration en cette espèce, après le tracé préalable d’une droite d’étalonnage.
Ici, nous allons déterminer la composition d’un mélange de fructose et de saccharose, connaissant les
valeurs des deux pouvoirs rotatoires spécifiques. L’échantillon est une solution à 50 g·L−1 du mélange.
On note x la masse de fructose dans 50 grammes du mélange. La masse de saccharose est donc de
50 − x grammes. L’angle de déviation est la somme de l’angle de déviation dû au fructose et de l’angle
de déviation dû au saccharose. On peut donc écrire :
α = [α]0,f ructose `
x
50 − x
+ [α]0,saccharose `
1000
1000
La cuve mesure 22,5 cm, soit 2,25 dm, les valeurs tabulées des pouvoirs rotatoires spécifiques sont
indiquées dans le tableau 1.
Substance
Pouvoir rotatoire spécifique
Fructose
-92,20 ˚mL/g/dm
Saccharose
+66,45 ˚mL/g/dm
Table 1 – Pouvoirs rotatoires spécifiques
L’angle lu vaut -5,01˚. On peut donc résoudre l’équation précédente. On obtient x = 35, 0 g. Cette
valeur est conforme à la composition du mélange, connue par ailleurs lors de sa fabrication.
Bilan
Moyennant l’utilisation d’une courbe d’étalonnage ou la connaissance des pouvoirs rotatoires spécifiques, la polarimétrie est une technique qui permet de connaître la composition d’un milieu contenant
une espèce chirale. Cette propriété peut notamment être utilisée en cinétique, pour effectuer le suivi
cinétique de réaction mettant en jeu des molécules de pouvoirs rotatoires non nuls : la connaissance de
la valeur de l’angle de déviation en fonction du temps permet de déterminer les paramètres cinétiques
de la réaction étudiée.
Tristan Ribeyre [[email protected]]
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