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Bac Physique-Chimie

Métropole 1

Leïla de Studio donne une dernière partie d'un exercice sur le colorant E127, qui concerne la décoloration d'une solution de ce colorant en utilisant de l'eau de Javel. Deux expériences sont réalisées, une avec de l'eau de Javel diluée et l'autre avec de l'eau de Javel pure. La concentration en quantité de matière du colorant est mesurée au cours du temps pour les deux expériences. Dans la première partie de l'exercice, il est demandé de décrire qualitativement l'évolution de la vitesse de disparition du colorant au cours du temps pour l'expérience A. Ensuite, il est demandé de proposer un facteur cinétique expliquant cette évolution. Dans la deuxième partie de l'exercice, il est demandé de déterminer graphiquement le temps de demi-réaction pour l'expérience A et de le commenter. Enfin, il est demandé de proposer une méthode pour optimiser la décoloration du filtre Buchner, en utilisant les informations des expériences A et B. L'utilisation de l'eau de Javel pure est proposée comme méthode pour augmenter la vitesse de réaction.

Salut, c'est Leïla pour Studio. Aujourd'hui, on va faire la dernière partie de l'exercice sur le colorant E127, qui est tombé en métropole l'année dernière. Dans cette partie, on veut suivre de manière cinétique la décoloration d'une solution de colorant E127. Si vous vous souvenez, dans les parties précédentes, on a étudié des solutions avec ce colorant qui est de couleur rouge, et notamment dans le processus de synthèse, on utilisait un filtre Buchner, qui est représenté ici, et qui apparemment s'est coloré au contact de cette solution rouge. Pour la décoloration, on utilise de l'eau de Javel, comme on le précise ici, et on réalise deux expériences qui sont décrites par A et B chacune. On réalise deux solutions différentes avec de l'eau de Javel, qu'on verse simplement dans le bécher. Vous remarquez qu'entre l'expérience A et l'expérience B, on a des solutions qui sont différentes. Tout simplement, dans la solution A, on a dilué de moitié l'eau de Javel, alors que dans la solution B, vous voyez, on l'a laissé pure. Donc ça, c'est un détail important, parce qu'ensuite on va suivre de manière cinétique ces deux réactions, et ça va être important de se souvenir quelles sont les conditions expérimentales. Donc on vous dit qu'avec ça, on suit l'évolution de la concentration en quantité de matière de l'érythrocyne, qu'on a noté de manière simplifiée ERI de moins, et donc voilà les deux courbes qu'on a, avec ici l'expérience A et l'expérience B. Tout d'abord, on nous demande de décrire qualitativement l'évolution de la vitesse volumique de disparition de cette forme au cours du temps pour la première expérience. Donc, gardez en tête que la vitesse volumique de disparition, en fait, c'est moins la dérivée temporelle de la concentration. Pourquoi le signe moins ? Tout simplement parce que là, je parle de disparition, et donc cette concentration est amenée à diminuer. Pour repérer quelle est la vitesse, vous voyez que là, on vous trace la concentration au cours du temps, et donc tout simplement, la vitesse est la dérivée de cette courbe par rapport au temps. Donc, a priori, j'ai une dérivée qui va être négative, et donc finalement, ça me donnera bien une vitesse de disparition positive. Ça n'a pas de sens de parler de vitesse négative en chimie, et donc on retrouve bien l'origine de ce mot. Alors, comment on peut écrire ça ? Comment vous pouvez écrire ça sur votre copie ? On écrit simplement que la vitesse est le coefficient directeur de la courbe, et donc le coefficient, a priori, est négatif, donc c'est bien une vitesse de disparition. On vous demandait de proposer un facteur cinétique à l'origine de cette évolution. Donc, vous voyez que là, qu'est-ce qui se passe pour cette vitesse ? Elle est grande et elle diminue au cours du temps, quelle que soit l'expérience. Et donc, pour ça, il y a plusieurs raisons, ce qu'on appelle les facteurs cinétiques qui expliquent qu'une réaction va plus ou moins vite. Une des raisons que vous avez vues en cours, c'est la concentration en réactif. La concentration en réactif a tendance à augmenter la vitesse, or, dans ce cadre, vous voyez que ce qu'on regarde, c'est justement la disparition du réactif qui est donc présent en de plus en plus petites quantités au cours du temps, et donc ça, ça peut expliquer la diminution de v. Alors, comme dans tous les facteurs cinétiques, on ne sait pas vraiment si c'est ça qui explique que la vitesse diminue au cours du temps ou pas, ça peut être cependant une bonne explication à fournir le jour de l'épreuve. Ensuite, on nous demande de déterminer graphiquement le temps de demi-réaction pour l'expérience A, et on nous demande de le commenter. Alors, qu'est-ce que c'est le temps de demi-réaction pour notre T1,5 ? C'est la durée nécessaire pour atteindre la moitié de l'avancement final. Comment je le repère ici ? Je regarde ce qui se passe à l'état final, qu'à l'état final, toute mon érythrosine a disparu, donc j'ai une concentration qui vaut 0, or, à l'état initial, vous voyez que je suis à peu près 8,5. Donc, j'utilise cette formule-là, qui dit simplement qu'à T1,5, ce que je veux, c'est que ma concentration, ce soit la moitié de la concentration initiale. Donc là, c'est une concentration de 4,25 micromolles par litre, et si je lis sur le graphique, vous voyez, hop, j'arrive ici à 150 secondes. Alors, on nous demande de commenter ici. Le commentaire sur le temps de demi-réaction, il n'est pas spécialement pertinent ici. L'avantage, le seul avantage du temps de demi-réaction, c'est qu'on sait à peu près quand la réaction est finie, et ça, ça nous intéresse beaucoup quand on fait de la cinétique, lorsqu'on mène des réactions, on veut savoir combien de temps dure la réaction qu'on fait. Donc, ce qu'on sait, ce que vous avez vu dans votre course, c'est qu'au bout d'à peu près 5 T1,5, la réaction est terminée. Donc ici, ça nous dit que la réaction est terminée au bout de 750 secondes. Voilà un commentaire qu'on peut faire ici. Peut-être que vous avez pensé à d'autres commentaires dans ce sujet. Enfin, on nous demande comment il est possible d'optimiser la décoloration du filtre Buchner. Alors, les questions d'optimisation, c'est des choses qui reviennent souvent en chimie. Il faut bien voir ce que ça veut dire derrière. Quand on parle d'optimiser une réaction, en général, on parle de soit la faire aller plus vite, soit augmenter un rendement. C'est à peu près tout ce qu'on va trouver en fait dans les synthèses. Donc là, dans ce cas-là, vous voyez que le rendement, il n'y a pas vraiment de... On ne fait pas de synthèse, il n'y a pas vraiment de rendement. On sait que le filtre va être décoloré à la fin. Ce qui nous intéresse, c'est donc d'augmenter la vitesse au maximum. Et si je regarde ces deux courbes, je vois que là, ma réaction est finie presque deux fois plus rapidement que si je prends l'expérience B. Donc c'est pour ça qu'il faut revenir aux conditions initiales de chacune des expériences. Vous voyez qu'on avait dit l'expérience A, on a dilué l'eau de Javel, alors que l'expérience B, on l'a utilisé pure. Donc a priori, pour pouvoir augmenter la vitesse de réaction, quelque chose qui pourrait être pertinent, c'est d'utiliser l'eau de Javel pure. Et donc dans ce cas-là, on réussit à avoir une réaction qui est presque deux fois plus rapide. Donc c'est ça qu'on peut écrire pour justifier. Pour que la réaction soit plus rapide, donc ça veut dire que la coloration ici du ERY de moins disparaît plus vite, on peut utiliser de l'eau de Javel qui est pure, comme dans l'expérience B, et donc on remarque que la réaction est plus rapide que dans l'expérience A. Alors lorsque vous avez des questions comme ça, on vous demande de l'optimisation. Ce qui est important à mon sens, c'est de bien justifier et de se ramener aux documents à chaque fois, et notamment ici ça va être les deux expériences A et B. J'espère que cet exercice vous aura été utile. N'hésitez pas à poser vos questions en commentaire et on se retrouve bientôt pour traiter les exercices de physique A, B et C qui sont tombés dans ce sujet.

Le colorant E127 (3)

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