De la matière grasse à l'acide lactique
Cet exercice du bac S Polynésie 2007, noté sur 4 points (environ 50 minutes), s'appuie sur un texte de vulgarisation culinaire consacré au lait. Il se découpe en trois parties indépendantes : l'étude des molécules tensioactives, les propriétés acido-basiques de l'acide lactique, puis le dosage de cet acide dans un échantillon de lait. Les questions sont courtes et progressives, ce qui en fait un bon entraînement aux bases de la chimie des solutions.
Partie I : les molécules tensioactives
Il faut d'abord reformuler en langage scientifique l'expression « le beurre fondu et l'eau restent séparés » : les deux liquides sont non miscibles. La partie de la molécule tensioactive soluble dans l'eau est dite hydrophile, l'autre lipophile ou hydrophobe. Le schéma d'un globule de matière grasse demande de bien orienter les molécules : les queues lipophiles plongent dans la graisse, les têtes hydrophiles restent au contact de l'eau. Inverser cette orientation est l'erreur la plus courante.
Partie II : l'acide lactique en solution
On écrit la formule semi-développée de l'ion lactate en retirant un proton au groupe carboxyle, puis l'expression de la constante d'acidité Ka, sans faire figurer l'eau, qui est le solvant. Une solution d'acide lactique à 1,0 × 10⁻² mol·L⁻¹ a un pH de 2,9. On en déduit [H₃O⁺] = 10–2,9 ≈ 1,3 × 10⁻³ mol·L⁻¹, puis un taux d'avancement final de 0,13, soit 13 % : la réaction de l'acide lactique avec l'eau est limitée, c'est un acide faible.
Le tableau d'avancement permet ensuite de calculer Ka ≈ 1,8 × 10⁻⁴, d'où un pKa de 3,7 au lieu de 3,8 annoncé dans le texte. Le léger écart s'explique par la précision limitée de la mesure du pH, donnée au dixième d'unité : le corrigé montre qu'un pH de 2,93 suffirait à retrouver 3,8. Il recommande aussi de garder les valeurs non arrondies dans la calculatrice.
Partie III : le dosage de l'acide lactique
Le schéma annoté du montage doit nommer la burette graduée et son contenu (la soude et sa concentration), l'erlenmeyer avec la prise d'essai de lait et l'indicateur, ainsi que l'agitateur magnétique. L'équation du titrage est HA + HO⁻ → A⁻ + H₂O. Le changement de couleur de la phénolphtaléine repère l'équivalence, où les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques : cA VA = cB VE, d'où cA = 2,3 × 10⁻² mol·L⁻¹.
La dernière question demande de comparer à une norme exprimée en g·L⁻¹ : en multipliant par la masse molaire, on trouve 2,1 g·L⁻¹, supérieur à 1,8 g·L⁻¹. Le lait étudié n'est donc pas frais.
Pièges et conseils
Trois réflexes font la différence : diviser par le volume de la prise d'essai et non par le volume versé à l'équivalence, convertir une concentration molaire en concentration massique avant de la comparer à une norme, et justifier le caractère faible d'un acide par un taux d'avancement inférieur à 1. Enfin, un schéma de montage non légendé rapporte peu de points.