Ch
3.4 Dosage de
l’élément fer
dans le vin
(Titrage
par étalonnage)
1.Introduction
Le vin
contient, en faible
quantité, l’élément fer sous forme d’ions fer (II), Fe2+(aq)
et fer
(III), Fe3+(aq) libres ou
complexés (associés à
d’autres espèces chimiques :
molécules ou ions).
Les ions fer (III) sont apportés par le
raisin lui- même et
par l’oxydation d’une partie des ions fer (II) ; ces derniers
proviennent principalement
des
parties métalliques du matériel utilisé lors de la vinification
(vendange,
pressurage et filtration).
Le vin contient
également des ions phosphate 
qui
peuvent réagir avec les ions fer (III) si la concentration de ceux-ci
est trop
importante ; il se forme alors un précipité de phosphate de
fer (III),
FePO4(aq) troublant le vin :
c’est le
phénomène de « casse
ferrique » ou « casse blanche ».
Pour
prévenir ce phénomène, il
est important pour l’œnologue de déterminer la concentration en ions
fer dans
le vin.
2.Principe
du dosage
On veut déterminer la concentration totale en élément
fer :
2.1. Préparation
de la solution
Elle se fait en 3 étapes :
1)
On
oxyde tous les ions Fe2+(aq)
en ions
Fe3+(aq) avec
de l’eau
oxygénée H2O2
.
Ecrire l’équation qui
traduit la
réaction d’oxydation
des ions Fe2+(aq) en ions
Fe3+(aq) avec de l’eau
oxygénée H2O2.
(couples H2O2(aq) / H2O
et Fe3+(aq)/ Fe2+(aq)
).
H2O2(aq) +
2 H+(aq)
+2 e- =
2 H2O
Au
total :
H2O2(aq)+
2 H+(aq)+ 2Fe2+(aq) =
2
H2O
+ 2 Fe3+(aq)
2) On
se place en milieu acide (acide chlorhydrique) pour empêcher la
formation d’un précipité marron d’hydroxyde de fer (III).
3) On
forme, avec une solution de thiocyanate de potassium (K+(aq)
+
SCN-(aq)), en excès,
l’ion complexe [Fe(SCN)]2+
de couleur rouge.
Ecrire
l’équation qui traduit la réaction entre les
ions Fe3+(aq) et la
solution de thiocyanate de potassium (K+(aq)
+ SCN
-(aq)).
Fe3+(aq)
+ SCN-(aq)=
[ Fe(SCN)]2+(aq)
2.2 Dosage
Il est réalisé par 2 méthodes :
- Le
dosage est fait par comparaison de la coloration rouge obtenue avec une
échelle de teintes rouges réalisées avec des solutions titrées d’ions Fe3+.
- Le
dosage précédent peut être affiné en utilisant un
spectrophotomètre.
3.
Mode
opératoire
3.1.Réalisation
des solutions étalon d’ions fer (III)
1)
Préparation
de
la solution S0
On a
préparé une solution
ferrique S0, de concentration massique 100 mg
d’ions Fe3+ par litre, en dissolvant 8,63 g
d'alun de fer (III) et d’ammonium de formule (NH4Fe(SO4)2
, 12 H2O), de masse molaire = 482 g.mol-1,
dans 1 L d’acide chlorhydrique à 1% puis en diluant au 1/10.
Montrer
que l'alun de fer (III) et d’ammonium, mis en solution, donne des ions
fer (III).
(NH
4Fe(SO
4)
2
, 12 H
2O)
NH
4+(aq)+
Fe
3+(aq)
+ 2 SO
42-(aq)
Pour
respecter la neutralité électrique, l’ion fer
doit porter une charge 3+
Justifier
la prise d’essai de 8,63 g d’alun de fer (III) et d’ammonium, pour
obtenir la solution ferrique S0.
La
solution S
0 ( diluée au 1/10 ) doit contenir
100mg de fer par litre.
Donc la solution mère
doit contenir 1 g de fer par litre, soit
mol
de
fer par litre.
On
doit donc dissoudre
d’alun
de fer dans 1 litre.
2) Préparation
des
solutions diluées
Préparer 50 mL de chaque
solution étalon d’ions fer (III) à partir de la solution mère
S0.
(Chaque groupe peut
prendre
en
charge la préparation d’une solution)
| N°
de solution |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
| concentration
massique [Fe3+]
(mg×L-1) |
4,00 |
5,00 |
6,00 |
7,00 |
8,00 |
9,00 |
10,0 |
11,0 |
| Volume
de S0 à prélever
(mL) |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
3.2
Préparation
de l’échelle de teintes
Préparer 8 tubes à essais de même calibre numérotés
de
1 à 8 sur un portoir et verser dans chacun d’eux : ( chaque binôme prépare 1
tube à essai ; mise en commun)
10 mL de
chacune des solutions étalon
5 gouttes
d’eau oxygénée à 20 volumes
1 mL
d’acide
chlorhydrique à 6 mol.L-1
1 mL de
solution de thiocyanate de potassium à 200 g.L-1
Agiter.
3.3
Préparation
de l’échantillon de vin
Dans
un tube de même calibre, mettre 10 mL de vin et les
mêmes réactifs que
ci-dessus.
4.Dosages
4.1
Avec
l’échelle de teintes
Situer
l’échantillon de vin à l’intérieur de la
gamme étalon par comparaison des couleurs
Proposer
un encadrement pour la concentration
massique en ions Fe3+ de l’échantillon de vin.
6
mg.L-1 < c < 7 mg.L-1
4.2.Avec
un spectrophotomètre
1) Préparation
L’absorbance des solutions est maximale pour une radiation
de longueur d’onde l
= 480 nm.
Justifier
la valeur de la longueur
d’onde (l
= 480 nm).
Les
ions fer III sont légèrement jaune ; il absorbent donc la
lumière
complémentaire du jaune.
La longueur d’onde l
= 480 nm correspond
au maximum d’absorption pour les ions fer.
Régler
le spectrophotomètre sur cette longueur d’onde.
Réaliser
le "blanc", la cuve étant remplie d’eau distillée.
2) Réalisation
de
la courbe d’étalonnage
Mesurer
l’absorbance A des
solutions (tubes à essais de 1 à 6) étalons d’ions fer (III)
constituant l’échelle
de teintes. (« faire
le blanc » entre chaque mesure)
| N°
de solution |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
| concentration
massique [Fe3+]
(mg×L-1) |
4,00 |
5,00 |
6,00 |
7,00 |
8,00 |
9,00 |
10,0 |
11,0 |
| Absorbance |
|
|
|
|
|
|
|
|
Tracer,
sur papier millimétré, la courbe d’étalonnage de l’absorbance, A, en
fonction de la concentration massique des ions fer (III).
On obtient une droite passant
par l'origine : A est proportionnelle à la concentration de la
substance colorée ( loi de Beer Lambert ).
3)
Détermination de
la concentration massique en ions fer du vin blanc
Réaliser
le « blanc », la cuve étant remplie d’un mélange de
vin blanc et d’eau distillée (10 mL de vin pour 2 mL d’eau distillée).
Pourquoi
est-il nécessaire de refaire le « blanc » ?
On
refait le blanc
avec le vin, car il n’est pas incolore.
( une autre méthode
consisterait à décolorer au préalable l’échantillon de vin
blanc )
Pourquoi
prend-on ces volumes ?
On
prélève le même
volume de vin que de solution étalon (voir § 3.2) et on ajoute 2 mL
d’une solution incolore (ce qui correspond aux 2 mL de solutions
incolores ajoutées ( voir §3.2 )
Mesurer
l’absorbance de l’échantillon de vin (9ème tube
à essais).
A
partir de la courbe d’étalonnage, déterminer la
concentration massique en ions fer du vin blanc étudié.
On
reporte la valeur de l'absorbance A pour le vin blanc :
c = 6,5 mg.L-1
On
considère que, si la concentration massique est au-dessus de 10 à 15
mg.L-1, la « casse ferrique »
devient probable. Conclure
pour le vin
étudié.
Ce vin ne présente pas de risque de "casse ferrique "
Pourquoi
ce dosage est un dosage par étalonnage ?
On a
comparé la solution étudiée ( vin blanc ) à une solution étalon (
alun de fer ).
Pour ce type de dosage, la
solution étudiée et la solution étalon doivent contenir
la même espèce chimique
( ici : ions Fe3+
)
