Comment doser l’éthanol ?

éth an ol Molécule à 2 C Il n’y a que des simples liaisons C-C Présence d’une fonction alcool, d’un groupe hydroxyle –OH greffé quelque part sur la chaîne carbonée… Molécule à 2 C (on n’a pas trop le choix…) C2H6O

« Doser » : c’est déterminer la quantité de matière, la masse, la concentration (massique ou molaire), etc. d’une espèce chimique présente au sein d’un milieu donné. Au lycée, la plupart du temps, on dose des ions ou des molécules dissous dans des solutions aqueuses. Par exemple, l’étiquette d’un vin indique : « 12°  alcooliques ». On souhaite vérifier (par un dosage) cette indication. « 12°  alcooliques » = dans 100 mL de vin il y a 12 mL d’alcool (d’éthanol). Que vaut la concentration molaire en éthanol dans le vin ? (densité du vin testé : 0,992, densité de l’éthanol : 0,789) Résultat : c = 2,06 mol.L-1

Comment ? Les deux grandes familles de méthode de dosage : - étalonnage Comparaison avec des solutions de concentration connue de la même espèce par mesure d’une grandeur caractéristique : (densité, indice de réfraction, absorbance, …) Il faut pour cela que la valeur de la grandeur mesurée ne soit pas modifiée par la présence d’autres espèces que celle que l’on veut doser… Ce n’est pas toujours évident… (discussion : absorption des UV par l’eau, l’éthanol… et le dioxygène de l’air !)

- titrage On fait réagir l’espèce à doser (appelée alors réactif titré) : on la confronte à une autre espèce chimique, (un réactif titrant), il se produit une transformation chimique sur laquelle on peut travailler avec précision si : - on sait écrire une équation de la réaction qu’on associe à la transformation observée ; - on connaît le volume de notre solution d’espèce apporté ; - on arrive à détecter avec précision la quantité de réactif qui permet d’en finir avec la transformation. (on appelle cela atteindre l’équivalence de la réaction de dosage)… … c’est-à-dire la quantité stoechiométrique de réactif titrant par rapport à la quantité initiale de réactif titré (qui est clairement ce que l’on cherche à déterminer).

La réaction de dosage doit donc être : - Totale. - Rapide. - Unique. (discussions) - Et aussi telle qu’il est facile d’en détecter l’équivalence

Comment peut réagir la molécule d’éthanol afin d’envisager une réaction de dosage plausible ? Le C fonctionnel ! C’est probablement au niveau de ce C qu’il faut envisager des réactions typiques des alcools. Y a-t-il des différences entre les 4 liaisons que réalise ce C ? Des différences de polarités ! Et nous avons là un C plutôt… … « riche » en électrons si on simplifie. Une piste de réaction pourrait être de « l’appauvrir » On dit « oxyder » En le confrontant à un oxydant (une espèce contenant un atome pauvre en électrons) Prêt à être « enrichi », « réduit »

A l’aide de demi-équations !! On envisage une réaction d’oxydoréduction entre l’éthanol (le réducteur qui va être oxydé) et l’ion permanganate (l’oxydant, qui va être réduit). L’éthanol CH3CH2OH va être oxydé en acide éthanoïque CH3COOH L’ion permanganate MnO4- va être réduit en ion manganèse (II) Mn2+ Comment écrire l’équation équilibrée de cette réaction sans passer des heures à tâtonner ? A l’aide de demi-équations !! (l’une présentant l’oxydation de l’éthanol en acide éthanoïque en terme d’appauvrissement, de perte d’électrons) (L’autre présentant la réduction de permanganate sous la forme d’un gain d’électrons)

Que faire ??? Donc : pas fiable ! Au travail !! « X 4 » MnO4- + 8 H+ + 5 e- → Mn2+ + 4 H2O «  x 5 » CH3CH2OH + H2O → CH3COOH + 4 H+ + 4 e- 4 MnO4- + 12 H+ + 5 CH3CH2OH → 4 Mn2+ + 5 CH3COOH + 11 H2O C’est joli… Cette réaction est totale (on vous dira pourquoi plus tard), youpi ! Discussion : avez-vous compris la notion de « réaction totale » ? Problème : elle est lente… Et si on attend trop le permanganate pourra aussi réagir avec l’eau Donc : pas fiable ! Que faire ???

La solution ? Un dosage indirect ! - On fait réagir l’éthanol avec du permanganate en excès (ça prend 20 minutes) - On dose le permanganate restant avec des ions fer (II) Fe2+ selon une réaction totale et rapide : MnO4-(aq) + 8 H+(aq) + 5 Fe2+(aq) → Mn2+(aq) + 5 Fe3+(aq) + 4 H2O(l) - On en déduit les quantités de permanganate et d’éthanol qui avaient préalablement réagi ensemble.

Une dernière question : Peut-on directement doser un échantillon de vin selon les principes décrits précédemment ? Un protocole détaillé est donné, vous devez déterminer le degré alcoolique du vin…