La tomate, un fruit plein de ressources : un exercice de chimie de 9 points

Le premier exercice du sujet de secours du bac 2026 de physique-chimie en Métropole (jour 2) compte 9 points sur 20 et se traite en 1 h 35 environ. Il suit le lycopène, pigment rouge de la tomate, en vingt questions : extraction liquide-liquide, couleur et loi de Beer-Lambert, groupes caractéristiques et spectroscopie IR, oxydoréduction, puis suivi cinétique d'une réaction modèle qui met en évidence le pouvoir antioxydant de l'eau de tomate.

Extraction et dosage du lycopène (Q1 à Q5)

Deux arguments justifient le choix de l'acétate d'éthyle : le lycopène y est très soluble, et ce solvant est faiblement miscible avec l'eau. Dans l'ampoule à décanter, c'est la densité qui décide de la position des phases : 0,90 contre 1,00, la phase organique, qui contient le lycopène, surnage. La solution S₀ absorbe surtout le violet (λ_max ≈ 440 nm) et apparaît donc jaune, couleur complémentaire. Le contresens classique consiste à dire qu'elle absorbe le jaune.

La loi de Beer-Lambert s'utilise ici par un rapport d'absorbances lues à 440 nm : C₁ = C₀ × A₁/A₀ ≈ 0,96 × 10^-5 mol·L^-1, sans avoir à calculer le coefficient k. La masse extraite vaut 5,1 × 10^-4 g pour 25 g de tomate, soit environ 2 mg pour 100 g, ce qui est cohérent avec « quelques milligrammes ». Attention au volume : c'est celui de la fiole jaugée, 100 mL, et non les 75 mL de solvant versés.

Groupes caractéristiques et spectroscopie IR (Q6 à Q8)

Le groupe A est un ester, le groupe B un acide carboxylique : C=O et O-H portés par le même carbone ne forment ni un alcool ni une cétone. Le remplacement de -OCH₃ par -OH caractérise une substitution. Pour prouver la synthèse, on cherche dans le spectre IR du produit purifié et séché l'apparition d'une bande forte et large entre 3200 et 3700 cm^-1, signature de la liaison O-H absente du réactif.

Oxydoréduction et cinétique (Q9 à Q14)

Les couples sont I₂/I^- et S₂O₈^2-/SO₄^2-, avec deux électrons échangés. L'ion peroxodisulfate capte des électrons : il est l'oxydant, comme les radicaux libres. Le temps de demi-réaction se lit sur la figure 3 à la moitié de la concentration initiale, 1,42 mmol·L^-1, soit t_1/2 ≈ 20 s, traits de construction à l'appui. La vitesse de disparition s'écrit avec un signe moins devant la dérivée. La question Q14 demande de discuter : les points sont à peu près alignés sur une droite passant par l'origine (k ≈ 2,6 × 10^-2 s^-1), donc compatibles avec l'ordre 1, sauf aux tout premiers instants.

Le pouvoir antioxydant mesuré (Q15 à Q20)

Le palier initial des expériences B, C et D correspond à la consommation de l'oxydant par les antioxydants de la tomate avant toute formation de diiode. L'ion peroxodisulfate est le réactif limitant (x_max = 8,5 × 10^-5 mol), à condition de diviser par les nombres stœchiométriques. La concentration finale en diiode, 2,8 × 10^-3 mol·L^-1, se calcule avec le volume total de 30,0 mL. Les paliers finaux baissent quand le volume d'eau de tomate augmente, et l'écart avec A donne 3,6 × 10^-5 mol d'oxydant neutralisé dans l'expérience D, environ 43 % de la quantité initiale.

Conseils

Dans la question ouverte finale, rappelez ce que représente chaque espèce du modèle, citez des valeurs lues sur les graphiques, puis revenez à la question posée. Soignez les unités des volumes et gardez deux chiffres significatifs, comme les données.