Dosage de l'élément fer dans un vin blanc.

I - Pourquoi dose-t-on le fer dans les vins ?

Au cours de leur élaboration ou de leur vieillissement, les vins peuvent subir une altération de leur aspect et de leur arôme. Ces troubles sont dus à des phénomènes d'oxydation appelés aussi «casse». La «casse ferrique» est la précipitation de phosphate de fer (III). Elle intervient lorsque la concentration en Fer (III) dans le vin devient trop importante et a pour conséquence l'apparition d'un trouble bleuté qui se transforme en dépôt peu attrayant et gênant sur le plan gustatif. Elle se produit lorsque le vin, rouge ou blanc, contient un excès d'ions fer, sous forme d’ions Fer (II) (qui s'oxydent lentement en fer (III)) ou directement de Fer (III).

Les ions fer,  présents dans le vin ont plusieurs origines: ils proviennent soit du terroir (les terrains argileux sont riches en fer III) soit des procédés de vinification et d'élevage comme par exemple le séjour dans des cuves en ciment altérées, ou le contact avec du fer  métallique (outillage, agrafes des cuves en bois...).

On peut considérer qu’au-dessus de 12 mg.L-1 d'ions Fe3+, la casse ferrique devient probable. La législation française autorise dans ce cas l'ajout d'acide citrique.

Pour déterminer la qualité de conservation d'un vin et prévenir la casse ferrique, il est donc nécessaire de connaître sa concentration totale en élément fer. C'est l'objet de ce TP.

II - Méthode de dosage

L’élément fer étant présent sous deux états d’oxydation, il est indispensable de transformer par oxydation les ions Fe2+ en ions Fe3+ pour n'avoir à doser que le fer (III). Pour cela, on ajoute au vin de l’eau oxygénée H2O2, en milieu acide. On a l'oxydoréduction suivante:    Fe2+                              =    Fe3+   +   e-       (oxydation)

                                                         H2O2   +   2 H+  +  2 e-    =   2 H2O                (réduction)

D’où l’équation bilan : H2O2   +   2 H+   +  2 Fe2+    ®    2 H2O    +    2 Fe3+

L’ajout d’acide permet en outre de transformer en chlorure très dissociés tous les sels complexes de fer contenus dans le vin.

En présence d’ions thiocyanate SCN- , les ions Fe3+ forment un complexe rouge dont l’intensité est d'autant plus importante que la concentration en ions Fe3+ est grande : Fe3+ + SCN- ®  [Fe(SCN)]2+(complexe rouge).

Cette réaction est totale et donc peut donner lieu à un dosage.

Le dosage en «fer total» sera effectué par une méthode spectrophotométrique.

III - Matériel et produits

1. Produits

2. Matériel
- acide chlorhydrique à environ 6 mol.L-1
- thiocyanate de potassium à 200 g.L-1
- eau oxygéné à 20 volumes
- solution acidifiée d’alun de fer et d’ammonium, à 100 mg d’ions Fe3+par litre
- vin blanc

- 10 tubes à essais de même calibre
- pipettes jaugées de 1 mL, de 10 mL
- burette graduée de 25 mL
- fiole jaugée de 100 mL
- 10 béchers de 100 mL

IV - Préparation des solutions

1. Préparation des solutions étalons en ions Fe3+

A partir de la solution initiale, effectuer les dilutions nécessaires afin de préparer 100 mL de solutions à x = 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 mg.L-1 en ions Fe3+. (voir question)
N. B : Chaque groupe ne prépare qu’une ou 2 solutions étalons, indiquées par le professeur.

2. Préparation du tube d’analyse du vin blanc

Dans un tube à essais de 20 mL, portant le numéro de la solution étalon préparée. Verser :
- 10 mL de chacune des solutions étalons
- 1 mL d’acide chlorhydrique à 6 mol.L-1 (attention aux consignes de sécurité !)
- 1 mL de thiocyanate de potassium
- 5 gouttes d’eau oxygénée, puis agiter
N B : chaque groupe ne prépare que le tube à essais correspondant à sa solution étalon.
Dans un dixième tube à essais de même calibre, mettre 10 mL de vin et les mêmes réactifs que ci-dessus. Agiter.

V - Dosage spectrophotométrique

Un spectrophotomètre mesure la quantité de lumière absorbée par une substance colorée, grandeur appelée absorbance et notée A.
L'expérience montre que A dépend de la concentration c de la substance qui absorbe la lumière et de la longueur d'onde l de la lumière absorbée.
Pour une longueur d'onde l donnée, A est proportionnelle à c en mol.L-1 ou à la concentration massique cm en g.L-1.
A = kc = k'cm  (loi de Beer-Lambert)

1. Etalonnage du colorimètre

Mettre de l'eau distillée dans une cuve.
Placer la cuve dans son logement, insérer le filtre de longueur l = 470 nm et appuyer brièvement sur le bouton poussoir R. L'afficheur digital indique 0,00.

2. Mesure de l'absorbance d'une solution

Laisser le filtre en place. Mettre quelques mL de la solution étudiée dans une autre cuve, la placer dans le logement et appuyer brièvement sur le bouton poussoir T. L'afficheur digital donne directement l'absorbance A de l'échantillon. La valeur initiale doit être rapidement notée.
Mesurer l'absorbance des 9 solutions étalons et de celle du 10ème tube contenant l'échantillon à doser.
Attention : La hauteur de solution ne doit pas dépasser 2 à 3 cm.
Tenir impérativement les cuves par les côtés cannelés et non par les côtés lisses où traverse la lumière.
Veiller à verser lentement la solution le long des parois de la cuve pour éviter la formation de bulles qui faussent les mesures.
Reporter les résultats dans le tableau suivant

[Fe3+] (mg.L-1)  

                    

Absorbance A

                    

Tracer le graphe A = f([Fe3+])  

Montrer que A est proportionnel à [Fe3+]
Déterminer graphiquement la concentration massique des ions fer III dans le vin analysé.

V - Questions

1. A partir de cette solution ferrique, comment préparez-vous 100 mL de solution ferrique à x mg.L-1 ?
Décrire le protocole à l’aide d’un schéma annoté pour la valeur de x concernant votre groupe.

Travail à terminer à la maison :

2. L’étiquette de la solution d’acide chlorhydrique du commerce comporte les indications suivantes :
- masse volumique : 1190 kg.m-3
- pourcentage en masse d’acide pur : 37 %
- masse molaire moléculaire du chlorure d’hydrogène HCl : 36,5 g.mol-1.

A partir de ces données, calculer la concentration, en mol.L-1, de la solution commerciale.

3. Quel protocole proposez-vous pour préparer 1 L de solution d’acide chlorhydrique à 6 mol.L-1.
4. L’alun de fer III et d’ammonium a pour formule NH4Fe(SO4)2 ,12 H2O. Calculer sa masse molaire moléculaire.

En déduire la masse d’alun que l’on doit dissoudre pour préparer  1 L de solution acidifiée à 100 mg.L-1 en ions Fe3+.

Données : M(N) = 14 g.mol-1 ; M(H) = 1 g.mol-1 ; M(Fe) = 56 g.mol-1 ; M(S) = 32 g.mol-1 ; M(O) = 16 g.mol-1