Aurélie 05/12/12
 

 

Dosage de l'azote organique par la méthode de Kjeldahl : Capes physique chimie 2013.



 


Cette méthode met en oeuvre une minéralisation des substances organiques par de l'acide sulfurique concentré et chaud. Les atomes de carbone de la substance se retrouvent sous forme de CO2 et les atomes d'azote sous forme d'ion ammonium : on appelle "masse d'azote Kjeldahl " la somme des masses d'azote sous forme d'ammoniac, ammonium et organique dans un échantillon.
Etape1.
Un prélevement de terre est séché, broyé et tamisé, puis on introduit 2,556 g de cette terre dans un tube à minéraliser ( tube à essais épais ). On ajoute environ 10 mL d'acide sulfurique concentré ( à 18 mol/L), une pointe de spatule de catalyseur à base de sélénium ( 0,5 g) et on place le tube dans un digesteur ( chauffe-tubes ) installé sous la hotte avec un entonnoir en verre sur le tube. On chauffe à ébullition pendant au moins une heure et le tube est sorti du digesteur puis refroidi. On ajoute alors très lentement en refroidissant dans un bain d'eau froide et en portant des lunettes de protection, environ 30 mL d'eau puis on transvase ( le long d'un agitateur en verre ) le contenu de ce tube dans l'ampoule de coulée situé en haut et à droite du montage ci-dessous, le robinet inférieur étant ouvert. Le tube à minéraliser et l'ampoule de coulée sont rincés et les eaux de rinçage récupérées.

Etape 2. Distillation.
Ajouter tois ou quatre grains de pierre ponce et deux gouttes de solution de phénolphtaléine ( indicateur coloré dont la zone de virage se situe dans l'intervalle de pH : 8,0 ; 9,9 et dont la forme basique est rose ) dans le matras ( ballon à col long ) contenant le mélange précédent et plonger le tube inférieur du réfrigérant droit dans un becher contenant 20,0 mL de solution d'acide sulfurique à 0,0500 mol/L et environ 60 mL d'eau.
Verser dans l'ampoule de la soude très concentrée et faire couler jusqu'au virage au rose de la phénolphtaléine en agitant légèrement.
Distiller pendant une vingtaine de minutes, vérifier que le distillat est neutre ( papier pH) sinon distiller encore quelques minutes.
Etape 3.
Titrer la solution du becher qui a reçu le distillat par une solution de soude à 0,1220 mol/L en présence de  rouge de méthyle ( zone de virage dans l'intervalle de pH : 4,2 - 6,2).
Justifier les mesures de précaution prises lors de l'ajout d'eau dans le tube à minéraliser refroidi.
On ajoute de l'eau dans une solution concentrée d'acide sulfurique : il faut se protéger d'éventuelles projections d'acide.

Calculer le volume approximatif de soude à 10 mol/L qu'il faudra verser avant la distillation pour neutraliser l'acide sulfurique.
L'acide sulfurique est un diacide : nsoude = 2 n acide sulfurique = 2*18*0,010 = 0,36 mol.
Volume de soude : n / Csoude =0,36 / 10 = 0,036 L = 36 mL.


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Ecrire l'équation de la réaction de l'espèce azotée avec la soude lorsu'on verse la solution de soude dans le matras et préciser le rôle de la phénolphtaléine.
NH4+aq + HO- aq= NH3 aq + H2O.
La phénolphtaléine permet de repérer la fin de la réaction acide base entre les ions ammonium et hydroxyde.
Ecrire l'équation de la réaction mis en oeuvre dans le becher qui reçoit le distillat
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Les vapeurs d'ammoniac sont entraînées par la vapeur d'eau lors de la distillation. L'ammoniac réagit avec la solution d'acide sulfurique en excès.
NH3 aq + H3O+aq =
NH4+aq + H2O.
L'excès d'acide sulfurique est titré ( titrage indirect ) par une solution de soude.
Au virage de l'indicateur, le volume versé de solution de soude est 12,45 mL.

Calculer la masse "d'azote Kjeldahl" contenue dans l'échantillon et déduire la masse ( g) d'azote Kjeldahl  par kg de sol étudié
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L'acide sulfurique est un diacide : nsoude = 2 n acide sulfurique excès = 12,45 *0,1220 =1,519 mmol.
n acide sulfurique excès =1,519 / 2 =0,7595 mmol.
n acide sulfurique initial =20,0 *0,0500 = 1,00 mmol.
n acide sulfurique réagi =1,00 - 0,7595 =0,240 mmol.
nNH3 = 2
n acide sulfurique réagi =2*0,240 =0,480 mmol.
nNH3 =nNH4+ = 0,48 mmol.
Masse d'azote :
nNH4+ M(N) = 0,48 *14,01 =6,74 mg dans 2,556 g de terre.
6,74*1000 / 2,556 = 2,64 g d'azote par kg de terre.






Dessiner un allure de la courbe  qu'on aurait obtenue si le titrage de l'étape 3 avait été suivie par pH-métrie. ( La valeur pH=7 devra apparaître sur l'axe des ordonnées ainsi que toutes les données disponibles ).
Les deux acidités de l'acide sulfurique sont dosés simultanément. pKa( HSO4- / SO42-) = 2.




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