S15 – Titrage acido-basique et solutions tampons 📝⚓︎
Principe du titrage – Équivalence – Relation à l'équivalence – Solutions tampons
Cette fiche couvre la 1re heure de la séance. Elle installe les concepts nécessaires avant de passer à la manipulation (TP2). Après cette heure, vous aurez tous les outils pour réaliser et exploiter un titrage pH-métrique.
🎯 Objectifs⚓︎
À l'issue de cette heure, vous serez capables de :
- expliquer le principe d'un titrage acido-basique
- identifier le point d'équivalence sur une courbe pH = f(V)
- écrire et utiliser la relation à l'équivalence pour calculer une quantité de matière
- définir une solution tampon et expliquer son rôle en cosmétique
🧴 Pourquoi c'est important pour votre métier ?⚓︎
Le titrage est l'outil de contrôle qualité le plus courant en laboratoire cosmétique :
- Vérifier la concentration d'un actif (acide glycolique dans un peeling, allantoïne dans une crème)
- Contrôler la conformité d'un lot avant commercialisation
- Valider qu'un produit respecte le cahier des charges
💡 À l'épreuve E2, vous ne réalisez jamais le titrage : les résultats sont fournis. Mais vous devez savoir les EXPLOITER. C'est ce qu'on apprend ici.
📄 Documents⚓︎
Document I – Principe du titrage pH-métrique⚓︎
Un titrage (ou dosage) est une méthode qui permet de déterminer la concentration ou la quantité de matière d'une espèce en solution.
Principe⚓︎
On ajoute progressivement une solution titrante (de concentration connue) dans une solution titrée (de concentration inconnue), et on mesure le pH après chaque ajout.
BURETTE
┌───┐
│ │ ← Solution titrante (NaOH, concentration connue)
│ │ On verse mL par mL
└─┬─┘
│
▼
┌───────────┐
│ │ ← Solution titrée (acide cosmétique, concentration inconnue)
│ BÉCHER │ ← Sonde pH-mètre (mesure le pH en continu)
│ │ ← Agitateur magnétique (mélange)
└───────────┘
On obtient une courbe pH = f(V_versé).
Document II – La courbe pH = f(V) et ses 3 zones⚓︎
| Zone | pH | Signification chimique |
|---|---|---|
| Zone 1 (avant le saut) zone de A à B | Varie lentement | L'acide est encore en excès → il reste de l'acide non titré |
| Zone 2 (saut) | Varie brutalement zone de B à C | On approche puis dépasse l'équivalence |
| Zone 3 (après le saut) zone de C à D | Varie lentement | La base ajoutée est en excès |
💡 Le saut de pH est le signal : on vient de consommer TOUT l'acide. C'est le point d'équivalence.
Document III – La relation à l'équivalence⚓︎
Définition de l'équivalence⚓︎
À l'équivalence, les réactifs ont été mélangés en proportions stœchiométriques : tout l'acide a réagi avec toute la base ajoutée.
La relation clé⚓︎
Pour un titrage d'un acide AH par une base forte (NaOH → HO⁻) :
À l'équivalence :
| Symbole | Grandeur | Unité |
|---|---|---|
| n(acide) | Quantité de matière d'acide dans le bécher | mol |
| C_titrante | Concentration de la solution titrante (connue) | mol/L |
| \(V_E\) | Volume à l'équivalence (lu sur la courbe) | L (attention : convertir les mL !) |
Pour trouver la masse⚓︎
Document IV – Les solutions tampons⚓︎
Définition⚓︎
Une solution tampon est une solution dont le pH varie peu lors de l'ajout modéré d'un acide, d'une base ou lors d'une dilution.
Composition⚓︎
Un tampon est constitué d'un acide faible et de sa base conjuguée (même couple AH/A⁻).
Zone de fonctionnement⚓︎
Un tampon est efficace au voisinage du pKa :
💡 Lien avec S14 : autour du pKa, les deux formes (AH et A⁻) coexistent. Elles peuvent absorber les variations de pH → effet tampon.
Exemples en cosmétique⚓︎
| Tampon | Composition | pH ≈ | Usage |
|---|---|---|---|
| Citrate | Acide citrique + citrate de Na | 3–6 | Stabilisation pH des crèmes |
| Lactate | Acide lactique + lactate de Na | 3–5 | Soins hydratants |
| Phosphate | H₂PO₄⁻ + HPO₄²⁻ | 6–8 | Tampons biologiques (sang) |
Rôle en cosmétique⚓︎
| Fonction | Explication |
|---|---|
| Stabiliser le pH | Le pH ne dérive pas pendant le stockage (DLC) |
| Résister aux variations | Contact avec la peau (pH ≈ 5,5) ne modifie pas le pH du produit |
| Garantir l'efficacité | Un actif pH-dépendant reste sous sa forme active (lien pKa) |
🧪 Travail A – Comprendre la courbe (5 min)⚓︎
🎯 Compétence E2 : Analyser
À partir du Document II :
A1. Décrivez l'allure générale de la courbe pH = f(V) en 2 à 3 phrases :
A2. À quoi correspond chimiquement la zone de variation rapide du pH ?
A3. Le pH initial est-il acide ou basique ? Est-ce cohérent avec le fait qu'on titre un acide ? Justifiez.
🧮 Travail B – Exploiter la relation à l'équivalence (5 min)⚓︎
🎯 Compétence E2 : Appliquer, Calculer
Un laboratoire titre l'allantoïne (acide, noté HA) par une solution de NaOH.
Données : - C(NaOH) = 0,50 mol/L - \(V_E\) = 12,0 mL (déterminé sur la courbe) - M(allantoïne) = 158 g/mol
B1. Convertissez \(V_E\) en litres :
\(V_E\) = _ mL = _ L
B2. Écrivez la relation à l'équivalence :
B3. Calculez n(allantoïne) :
B4. Calculez m(allantoïne) :
🧪 Travail C – Reconnaître un tampon (3 min)⚓︎
🎯 Compétence E2 : Mobiliser
Pour chaque mélange, indiquez s'il constitue un tampon et justifiez :
| Mélange | Tampon ? (oui/non) | Justification |
|---|---|---|
| Acide lactique + lactate de sodium | _ | _ |
| HCl + NaCl | _ | _ |
| Acide citrique + citrate de sodium | _ | _ |
| NaOH + eau | _ | _ |
✅ Auto-vérification avant le TP⚓︎
Avant de passer à la manipulation, vérifiez :
| Je sais… | ✓ |
|---|---|
| Décrire le principe d'un titrage | ☐ |
| Identifier les 3 zones sur une courbe pH = f(V) | ☐ |
| Écrire la relation à l'équivalence | ☐ |
| Convertir \(V_E\) de mL en L | ☐ |
| Calculer n puis m à partir de \(V_E\) | ☐ |
| Définir une solution tampon | ☐ |
💡 Si vous avez coché toutes les cases, vous êtes prêt(e) pour le TP !
🔧 Outils méthodologiques⚓︎
➡️ Fiche méthode 02 – Calculer et interpréter une concentration (D.U.C.I.)