Dosage cinétique de l'éthanol (pour les TIPE)

[Freeman29280]

Bonjour à tous, je suis en prépa PC à Brest et je travaille sur le bioéthanol (préparation, avantages et mécanique des moteurs à éthanol).
Pour mon expérience, j'ai choisi de produire de l'éthanol par fermentation alcoolique et de le doser.
Pour le produire, je vais mélanger de la levure de boulanger à une solution aqueuse de saccharose. Il me semble que la levure de boulanger peut réaliser la fermentation alcoolique mais je n'en suis pas sûr.
Pouvez-vous le confirmer? A votre avis, en une semaine de fermentation, le rendement est-il bon, ou au contraire extrêmement faible?

D'autre part, je vais doser l'éthanol produit, par spectrophotométrie en utilisant la réaction suivante:

3 CH3CH2OH + 2 CR207(2-) + 16 H(+) >>> 3 CH3COOH + 4 Cr(3+) + 11 H2O

Mon prof m'a dit qu'il faudrait refroidir le milieu réactionnel pour ralentir la réaction, mais je pense que si je met de l'eau glacée dans la cuve du spectro, ça va diminuer la concentration de l'ethanol et fausser les résultats.
Est ce que ça marchera si on refroidit les béchers des réactifs bien avant la réaction en les plaçant dans un bain d'eau glacée?
Le dosage sera cinétique mais ce que je veux surtout, c'est la concentration initiale d'éthanol dans ma solution fermentée (la loi de vitesse de la réaction m'importe peut: l'aspect "cinétique" n'est qu'un prétexte pour être en accord avec le thème du temps).
Pourrai-je en déduire cette concentration initiale avec cette méthode ?
(j'ai pas fait de dosage cinétique depuis longtemps)

Je vous remercie d'avance pour vos réponses (et pour avoir eu la patience de lire ce sujet en entier :happy2: ).

[lft123]

Bonjour,

Oui avec la levure tu produiras bien de l'éthanol.
Quant à ton dosage cinétique pourquoi pas refroidir l'ensemble réactifs + verrerie mais tu risuqes avoir de la condensation sur les parois de ta cuve !
Est ce obligé que tu étudies la cinétique ?

[Freeman29280]

pourquoi pas refroidir l'ensemble réactifs + verrerie mais tu risuqes avoir de la condensation sur les parois de ta cuve !
Est ce obligé que tu étudies la cinétique ?

Merci pour ta réponse. Je comptais effectivement refroidir toute la verrerie bien avant le début de l'expérience dans un cristallisoir rempli d'eau glacée.
A propos de la condensation, la réaction est-elle exothermique, ou est-ce l'humidité de l'air qui va se condenser sur la cuve ?
Comment faire alors pour empêcher l'apparition de condensation sur la verrerie ?
(c'est vrai que le protocole de ce dosage est dur à inventer).

Quand à la cinétique, mon prof m'a dit que ça permettait de coller avec le thème de cette année: "le temps", mais l'étude cinétique n'est pas primordiale. J'ai juste besoin d'avoir la concentration initiale en éthanol pour calculer le rendement d'1 semaine de fermentation (une semaine, c'est trop ou pas assez ? ).

[lft123]

la condensation sera due à la différence de T° entre l'air ambiant et la température froide de tes solutions.
La réaction d'oxydation de l'éthanol est exothermique, c'est pour celà que si tu refroidis tu la "ralentis".
Ta concentration initiale en alcool sera de zéro puisque tu mets juste eau + saccharose + levure !
Mais attention, le mélange sulfochromique (H2SO4 + K2Cr2O7) que tu veux utiliser pour le dosage de l'éthanol peut aussi oxyder le sucre et la levure présents dans ton mélange réactionnel faussant ainsi ton dosage.
A moins que tu n'es prévu de distiller ton mélange après 1 semaine afin d'en récupérer l'éthanol.

[Freeman29280]

Ta concentration initiale en alcool sera de zéro puisque tu mets juste eau + saccharose + levure !

En fait, je compte d'abord obtenir de l'éthanol par fermentation pendant environ 1 semaine. Ensuite, je doserais l'éthanol produit entre le jour où la réaction a démarré et le jour où je fais le dosage, donc il y aura bien une concentration initiale en éthanol que je souhaite déterminer.
Je ne doserais pas l'éthanol produit en temps réel (en fait, on s'est mal compris sur l'objectif de ce dosage).
Merci pour l'idée de la distillation.
Mais à ton avis, en 1 semaine à l'air libre, les levures auront-elles oxydé tout le sucre, ou au contraire la réaction de fermetation est-elle très lente ?

[Freeman29280]

Salut à tous,
personne ne saurait si en une semaine de fermentation à l'air libre d'un petit volume d'eau ( moins de 100 mL) contenant du saccharose dissout provenant d'un carré de sucre, le rendement de la réaction est "correct" ou très insuffisant (j'aimerais au moins 10 ou 15% de rendement minimal) ?

[maurice]

La fermentation d'une solution sucrée contenant une levure de bière ou de boulanger, est complète en 5 à 6 jours à température ordinaire. Elle dure moins de 24 heures à 37°C.
Mais il faut absolument la faire hors du contact de l'air. Il faut certes permettre au gaz carbonique dégagé de quitter le récipient. Mais il faut absolument empêcher le retour de l'air. Sinon, l'alcool se transforme très vite en acide acétique au contact de l'air.

[Freeman29280]

Merci beaucoup pour ces précieuses informations Maurice.
Mais comment peut-on faire avec du matériel simple pour réaliser la frementation en milieu anaérobie ?
Ou bien, y-a-t'il moyen d'empêcher l'oxydation de l'alcool en acide acétique ( par exemple en réalisant la fermentation en milieu basique) ?

J'ai vu qu'il est aussi possible de réaliser le titrage de l'éthanol par titrage indirect: on ajoute du dichromate de potassium en excès et on dose cet excès par une solution de sel de Mohr (le titrage n'est plus alors cinétique mais c'est pas grave). Celà dit, si je réalise la fermentation en milieu basique, celà ne risque pas de parasiter les différentes réactions (fermentation puis titrages) ?

Le problème est que cette fermentation puis le calcul du rendement sont vitaux pour mon dossier, et élaborer tout le protocole est compliqué vu le nombre de problèmes 'techniques' rencontrés.

[maurice]

En milieu basique, les levures meurent !
Pour effectuer la fermentation à l'abri de l'air, tu fais comme les vignerons. Ils mettent leur jus sucré dans une cuve. Ils adaptent un bouchon percé d'un trou. Par le trou passe un tube de verre vertical. Ce tube de verre passe ensuite à travers et par le milieu d'une sorte de large gobelet ou de becher A rempli d'eau jusqu'à une hauteur de 1 à 2 cm. Le tube de verre est solidaire du bécher mais est coupé à 4 à 5 cm au-dessus du fond du bécher. On recouvre ensuite le tube de verre avec une cloche ou une bécher retourné B dont le bord touche le fond du bécher.
De cette façon, le gaz sortant de la cuve passe par le tube de verre, monte dans la cloche retournée B, repousse l'eau du bécher A, et fait donc demi-tour, puis barbotte dans l'eau du bécher, et sort. L'air extérieur ne peut pas rentrer. J'espère que tu as compris. Cela irait mieux avec un dessin

[Freeman29280]

Merci encore pour cette réponse très précise.
On doit pouvoir réaliser ça avec un montage qu'on utilise pour recueillir du gaz par déplacement d'eau ( 2 tubes à essai dont un rempli d'eau retourné sur le tube en verre recourbé, un "têt à gaz" et un cristalisoir).
J'essayerais d'adapter le montage en remplaçant les tubes à essai par des bêchers mais si je ne trouve pas de bouchons suffisament grands, je réutiliserai des tubes à essai (et je devrai donc réduire en conséquence les quantités de réactifs, ce qui rendra le dosage plus difficile car l'équivalence sera très vite atteinte du fait de la faible quantités d'éthanol produite).

En tout cas, merci encore pour cette géniale solution à laquelle je n'aurai pas pensé.

[Freeman29280]

Aujourd'hui j'ai discuté avec mon prof de chimie et il m'a dit que la fermentation peut très bien se réaliser à l'air libre: si le milieu réactionnel n'est pas trop acide, la cinétique d'oxydation de l'éthanol en acide acétique est quasi-nulle, donc il n'est pas vraiment nécessaire de travailler en milieu anaérobie, contrairement à ce que m'a dit Maurice.

Concernant le dosage, je doserai l'éthanol produit par oxydation chromique directe sans spectro, ce qui est largement suffisant pour obtenir les données dont j'ai besoin.
Je ferrai aussi une autre fermentation en chauffant le milieu réactionnel à 50°C pendant 1 ou 2 heures et je doserai aussi l'éthanol produit pour comparer les résultats (bien évidemment la 2è synthèse sera beaucoup plus rapide que la première).

[costarica]

Bonjour- je suis en PCSI et je réfléchi à mon TIPE . Cette année le thème c'est invariance et similitude !
j'aimerai trouver un sujet avec une expérience simple en chimie et essayer de trouver un rapport avec le thème . j'ai pensé à l'énergie . on pourrai faire de l'éthanol ( coté tp ) . mais je ne vois pas pour le moment comment rattraper un des termes du thèmes ! invariance et similitude !!! si vous avez une idée . sinon j'ai pensé à l'énergie eolienne ! ( loi de conservation de l'énergie ) mais pas facile de faire un tp dessus . et c'est plus physique dans ce cas là . merci pour vos commentaires