Activités expérimentales - Le cours de physique
Le sport. Chapitre 14 (la mole). Activités expérimentales. de 2 Préparation d'une boisson isotonique. Compétences, capacités et attitudes à mettre en œuvre : □ Élaborer ou mettre en œuvre un protocole de préparation d’une solution de concentration donnée par dissolution ou par dilution. □ Proposer et/ou justifier un protocole, identifier les paramètres pertinents. □ Maîtriser certains gestes techniques, matériels ou logiciels. Lors de la pratique d’un sport, le corps produit davantage de chaleur du fait des contractions musculaires et celle-ci doit être évacuée. L’augmentation de la circulation sanguine sous la peau transfère cette chaleur jusqu'à l'épiderme. Là, par évaporation de la transpiration, la chaleur est évacuée. Un joueur de squash qui se donne à fond perd ainsi en moyenne 2,4 L de sueur par heure, un joueur de tennis 1,6 à 2,6 L/h, un marathonien de haut niveau 1,5 à 2,5 L/h et un footballeur 1,5 L/h !! Toute l’eau perdue pendant et après la pratique du sport doit être compensée pour conserver un niveau de performance optimal. En effet, la performance physique diminue de 10 % à chaque fois que l’on perd 1 % de masse corporelle sous forme d’eau. La déshydratation peut avoir des impacts à différents niveaux : troubles digestifs, de la vision, capacité de réaction et de concentration … La conséquence d’une déshydratation pour le sportif est la fatigue et l’abandon ! Mais le corps ne perd pas que de l’eau … La sueur contient un élément essentiel au fonctionnement de l’organisme : le sodium. Par ailleurs, les glucides sont indispensables au sportif : ils constituent la source principale d’énergie (voire exclusive lors d’un effort intense) pour les muscles. Ce n’est donc pas uniquement de l’eau qu’un sportif doit boire lors d’un sport d’endurance. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, les boissons énergétiques, les Colas et autres sodas sont à éviter. De telles boissons, trop sucrées, exigent que l’organisme utilise de l’eau pour les diluer et pouvoir absorber les nutriments qu’elles contiennent. L’effet est alors contraire à ce que l’on cherche et on augmente la déshydratation … La boisson convenant à un sportif est une boisson dite isotonique, contenant à la fois des glucides et du sodium, dans les bonnes concentrations. On veut un volume V0 = 200 mL d'une boisson isotonique dont la concentration en sucre (saccharose) est Csucre = 0,10 mol/L et celle en sel (chlorure de sodium) Csel = 0,020 mol/L. Pour préparer cette solution, on a : - de l'eau salée (solution aqueuse de chlorure de sodium) de concentration molaire C0 = 0,40 mol/L , - du saccharose pur. 1. a. On veut préparer V0 = 200 mL d'une solution de sucre (saccharose) de concentration Csucre = 0,10 mol/L à partir du saccharose pur. Déterminer la quantité de matière de sucre nécessaire puis la masse de sucre nécessaire. 1. b. Déterminer le protocole expérimental de la préparation de la solution de la question précédente en précisant les masses et volumes nécessaires. 2. a. On veut préparer V0 = 200 mL d'une solution de sel (chlorure de sodium) de concentration Csel = 0,020 mol/L à partir d'eau trop salée, de concentration molaire Ci = 0,40 mol/L. Déterminer le volume d'eau trop salée nécessaire. 2. b. Déterminer le protocole expérimental de la préparation de la solution de la question précédente en précisant les volumes nécessaires. 3. En déduire le protocole expérimental de la préparation de V0 = 200 mL de boisson isotonique (en précisant les masses et volumes nécessaires). 4. Préparer la boisson isotonique. Données: formule du saccharose C12H22O11 formule du chlrorure de sodium NaCl masses molaires : MH = 1,01 g/mol MC = 12,0 g/mol MO = 16,0 g/mol MNa = 23,0 g/mol MCl = 35,5 g/mol Rappels : concentration massique c = m / V avec m la masse de soluté et V le volume de solution lors d'une dilution, la masse de soluté ne change pas, donc cf Vf = cm Vm "m" est mis pour "mère" et "f" pour "fille" 23 unité de quantité de matière 1 mole de molécules = 6,0210 molécules lien entre quantité de matière et masse masse = quantité masse d'une mole m = n M avec M la masse molaire Le sport. Chapitre 14 (la mole). de Activités expérimentales. 2 Préparation d'une boisson isotonique. Eléments de correction. - pour diluer 20 fois l'eau salée prélever 10 mL d'eau salée - ajouter de l'eau jusqu'à 200 mL 1. a. C C ici msucre nsoluté Vsolution nsucre V0 avec C la concentration molaire en mol/L , nsoluté la quantité de soluté en mol et Vsolution en L . donc nsucre C sucre V0 0,10 0,200 0,020 mol nsucre M sucre avec Msucre = M C12 H22 O11 = 12MC + 22MH + 11M0 = 1212,0 + 221,01 + 1116,0 = 342 g/mol msucre nsucre M sucre = 0,020 342 = 6,8 g de sucre (saccharose) 1. b. (voir activités expérimentales du chapitre 2) - peser 6,8 g de saccharose en utilisant une balance, une capsule de pesée et une spatule. - rincer la fiole jaugée de 200 mL et son bouchon avec le solvant (eau distillée). - verser les 6,8 g de saccharose dans la fiole jaugée de 200 mL en utilisant un entonnoir. - rincer la capsule de pesée et l'entonnoir avec le solvant (eau distillée) en récupérant le liquide de rinçage dans la fiole jaugée pour ne pas perdre de saccharose. - avec le solvant remplir la fiole à la moitié du volume puis agiter sans le bouchon jusqu'à dissolution du saccharose. - compléter jusqu’au trait de jauge en alignant l'œil, le bas du ménisque et le trait de jauge. - agiter avec le bouchon pour rendre la solution homogène. 2. a. On doit diluer l'eau trop salée sel. Pour cela, on doit prélever un certain volume (à déterminer) de cette eau trop salée et la diluer jusqu'à avoir V0 = 200 mL de solution. C nsoluté Vsolution donc nsoluté C V solution donc nsoluté ,fille C fille Vsolution ,fille or, lors de la dilution, la quantité de soluté ne change pas, donc ici C sel V0 donc et C fille Vsolution ,fille nsoluté ,mère C mère Vsolution ,mère C mère Vsolution ,mère C i Vmère à prélever Vmère à prélever C sel V0 Ci 0,020 0,200 0, 40 0,010 L 10 mL 2. b. (voir activités expérimentales du chapitre 2) - rincer la fiole jaugée de 200 mL et son bouchon avec le solvant (eau distillée). - placer la solution concentrée de sel dans un bécher (afin de ne pas souiller le flacon commun) préalablement rincé avec cette solution concentrée de sel. - rincer la pipette jaugée de 10 mL avec la solution concentrée de sel (provenant du bécher). - prélever les 10 mL de solution concentrée de sel avec la pipette jaugée et le pipeteur. - verser le contenu de la pipette jaugée dans la fiole jaugée. - avec le solvant (eau distillée) remplir la fiole jaugée à la moitié de son volume puis agiter sans le bouchon. - compléter jusqu’au trait de jauge en alignant l'œil, le bas du ménisque et le trait de jauge. - agiter avec le bouchon pour rendre la solution homogène. 3. Pour préparer la boisson isotonique (pour les rinçages et autres détails, voir les questions précédentes) : - verser 6,8 g de saccharose dans la fiole jaugée de 200 mL. - y ajouter 10 mL de solution concentrée de sel (avec la pipette jaugée de 10 mL). - avec le solvant remplir la fiole à la moitié du volume puis agiter sans le bouchon jusqu'à dissolution du saccharose. - compléter jusqu’au trait de jauge en alignant l'œil, le bas du ménisque et le trait de jauge. - agiter avec le bouchon pour rendre la solution homogène. Le sport. Chapitre 14 (la mole). Activités expérimentales. Préparation d'une boisson isotonique. Liste du matériel. Pour chaque binôme : □ pissette d'eau distillée □ capsule de pesée souple □ fiole jaugée 200 mL avec bouchon □ pipette jaugée 10 mL □ système de pipetage □ bécher 50 mL □ entonnoir Au bureau : □ réserve d'eau distillée □ 3 spatules □ 3 balances à 0,1 g près (voire à 0,01 g près) □ 3 pots de sucre (étiquetés saccharose) contenant chacun au moins 50 g de sucre - ras -1 □ 2 flacons de 250 mL de solution aqueuse de chlorure de sodium à 0,40 mol.L 0,5 L au total - ras □ 2 béchers solution aqueuse de solution aqueuse de chlorure de sodium chlorure de sodium réalisée à partir de réalisée à partir de NaCl (s) NaCl (s) C = 0,020 mol.L-1 C = 0,020 mol.L-1 saccharose saccharose saccharose de 2
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