Composition d'un bonbon : acidité et colorant bleu

Cet exercice de 5 points, prévu pour environ 50 minutes, est celui que traitent les candidats qui n'ont pas suivi l'enseignement de spécialité physique-chimie. Il part d'un bonbon bleu au goût acidulé et l'étudie sous deux angles : l'acide malique qu'il contient, avec des questions d'acide-base, puis le colorant qui lui donne sa couleur, identifié et dosé par spectrophotométrie.

Partie 1 : l'acide malique

La question 1.1 demande si l'acide malique possède des stéréoisomères de configuration. Le carbone qui porte le groupe hydroxyle est lié à quatre groupes différents : c'est un carbone asymétrique, le seul de la molécule, d'où deux énantiomères. Les carbones des groupes carboxyle et du CH₂ ne sont pas asymétriques. Cette notion appartient à l'ancien programme.

Les questions 1.2 et 1.3 sont des questions de cours. Un acide faible réagit de façon non totale avec l'eau : l'acide et sa base conjuguée coexistent à l'équilibre. L'acide malique est un diacide parce qu'il possède deux groupes carboxyle, chacun capable de céder un ion H⁺. Le groupe hydroxyle, qui est celui d'un alcool, ne compte pas.

En 1.4, on complète le diagramme de prédominance. La forme 2 étant C₄H₅O₅⁻, la forme 1, plus acide, est C₄H₆O₅ et la forme 3 est C₄H₄O₅²⁻. Passer d'une forme à la suivante revient à retirer un H⁺, ce qui ajoute une charge négative. En 1.5, le pH de la salive, entre 6,5 et 7,4, dépasse le pKa₂ de 5,1 : la forme prédominante dans la bouche est C₄H₄O₅²⁻. La sensation acide s'explique justement par les ions H₃O⁺ libérés lorsque l'acide apporté par le bonbon se transforme en cette forme basique.

Partie 2 : le colorant

La question 2.1 relie spectre et couleur. Le maximum d'absorption de la solution S se situe vers 640 nm, entre l'orange et le rouge ; la couleur perçue est la couleur complémentaire, côté bleu, ce qui est cohérent avec le bonbon. Répondre que la solution est rouge parce qu'elle absorbe à 640 nm est l'erreur à ne pas commettre.

En 2.2, on identifie le colorant à la position de son maximum d'absorption et à l'allure de son spectre, pas à la hauteur du pic : seul le bleu patenté E131 a son maximum à 640 nm. La loi de Beer-Lambert, appliquée à la même longueur d'onde pour S et pour la solution de référence, donne une concentration de 2,0 × 10⁻⁵ mol/L, double de celle de la référence.

La question 2.3 est une question ouverte. Un bonbon contient environ 0,28 mg de colorant, alors qu'un enfant de 30 kg peut en ingérer 75 mg par jour d'après la DJA. Le quotient, arrondi par défaut pour ne pas dépasser la dose, donne 267 bonbons : la DJA est hors d'atteinte dans un usage normal.

Conseils pour réussir

Pour les questions de couleur, raisonnez toujours avec le cercle chromatique et la couleur complémentaire. Dans la question ouverte, annoncez les étapes, convertissez les millilitres en litres et gardez des unités cohérentes entre grammes et milligrammes. Le corrigé détaille chaque calcul.