Titrare (chimică)

Analiza volumetrică sau volumetria este o tehnică analitică care constă în reacția unei soluții cu un titru cunoscut al unui reactiv (titrant) cu un volum cunoscut al unei soluții cu un titru necunoscut care conține analitul (titrare). ^[1] Cunoscând volumul de titrant utilizat și stoichiometria de reacție, este posibil să se urmărească concentrația analitului cu calcule simple.

Procedura analitică se numește titrare și cu acest termen este obișnuit să se facă referire la analiza volumetrică în sens larg.

Metodă

O cantitate cunoscută a probei de analizat este dizolvată într-un solvent adecvat. Cantitățile unui al doilea reactiv (numit titrant ), de asemenea sub formă de soluție cu o concentrație strict cunoscută, se adaugă treptat la această soluție, până când reacția dintre cei doi este completă. Cunoscând stoichiometria reacției chimice dintre probă și titrant, este posibil să se urmărească puritatea probei pornind de la volumul exact de titrant consumat.

Titrantul este în general dozat printr-o buretă , un instrument care permite citirea cu precizie (în general până la 0,05 ml) a volumului de titrant adăugat.

Integritatea reacției poate fi detectată în diferite moduri. Adesea se folosește un indicator (o substanță care își schimbă culoarea în funcție de mediul chimic în care se găsește), dar poate fi folosit și un electrod (în special în instrumentele care efectuează titrări în mod automat sau semi-automat).

Nu toate reacțiile sunt adecvate pentru utilizare în titrare. Reacțiile pe care se bazează titrările trebuie să fie

rapid ;
complete (trebuie să aibă de fapt o constantă de echilibru ridicată);
cunoscute exact în stoechiometria lor;
acestea trebuie să varieze un parametru detectabil (pH, potențial electrochimic, ...).

Deși marea majoritate a titrărilor se efectuează într-o soluție apoasă, pot fi utilizați și alți solvenți ( etanol , acetonă , acid acetic pentru a numi câțiva), în cazuri particulare.

Atunci când reacția nu este suficient de rapidă sau punctul final al reacției nu este ușor de detectat, o tehnică adoptată este cea a titrării înapoi . Acesta constă în adăugarea unei cantități cunoscute de titrant la probă, care depășește cu mult ceea ce este necesar pentru a finaliza reacția. Proba va reacționa consumând parțial titrantul adăugat. Excesul de titrant este apoi titrat la rândul său cu un al doilea titrant de concentrație cunoscută cu care primul titrant reacționează rapid și ușor de detectat. Pentru un exemplu de titlu înapoi, consultați articolul COD

Tipuri de titrare

Există diferite tipuri de titrare, clasificate în funcție de anumite criterii.

În funcție de tipul de reacție care apare în timpul titrării, există titrări:

Conform titrărilor acid-bazice , bazate pe neutralizarea unui acid de către o bază sau invers;
titrări redox (numite și redox ), pe baza reacției dintre un oxidant și un agent reducător;
titrări complexometrice , bazate pe reacția de formare a compușilor de coordonare ;
titrări ale precipitațiilor , care sunt utilizate pentru a determina concentrația unor anioni, cum ar fi prin formarea precipitațiilor de halogenură de argint în titrările Mohr și Volhard . Curbele titrărilor de mai sus sunt obținute prin plasarea variabilei pM (pM = −log [M]) în locul pH-ului.

În funcție de solventul în care are loc reacția, pot exista:

titrări în mediu apos , cele mai frecvente;
titrările într-un mediu neapos , utilizate mai rar și în anumite domenii, cum ar fi în industria farmaceutică, utilizează un alt solvent decât apa, de exemplu acid acetic .

Conform metodelor de aplicare , destinate ca o succesiune de operații care trebuie efectuate pe eșantion. Posibilitățile sunt:

titrări directe : titrantul se adaugă direct la soluția de analit până la punctul final;
titrările din spate (sau retrotitolazioni): se adaugă un exces de reactiv în soluție este titrat titular și cel care nu a reacționat cu ajutorul unui titrant adecvat;
titrări indirecte : aceasta se produce atunci când analitul este pus să reacționeze cantitativ producând o specie care este ulterior titrată.

Pentru aceste tipuri de titrare (cu excepția titrării înapoi și a titrării indirecte) sunt frecvente atât utilizarea indicatorilor, cât și măsurarea potențialului electric al soluției. Alte titrări analitice sunt:

titrări spectrofotometrice
titrări de conductivitate , amperometrice , potențiometrice , coulometrice și voltammetrice de natură electroanalitică
titrări radiochimice , care utilizează reactanți marcați sau inducerea radioactivității
titrări calorimetrice

Cuvântul „titrare” a intrat în uz în trecut, când termenul „titlu” aplicat unei soluții înțelegea în mod obișnuit concentrația sa.

Titrarea acido-bazică

Același subiect în detaliu: titrarea acido-bazică .

Acest tip de titrare este util pentru determinarea concentrației necunoscute a unui acid sau bază, prin intermediul unei reacții de neutralizare care duce la formarea unei sări plus apă. Soluția de titrat poate fi un acid sau o bază, atât slabă, cât și puternică. Monitorizarea tendinței de titrare poate avea loc printr-o măsurare constantă a pH - ului soluției printr-un instrument special sau prin utilizarea unui indicator al cărui pH de schimbare se află în regiunea punctului de echivalență. La titrarea acizilor puternici cu baze puternice (sau invers) valoarea pH-ului variază inițial foarte încet și apoi are o creștere accentuată la punctul de echivalență.

Dacă se titrează acizii slabi cu baze puternice (sau invers), punctul de echivalență nu va mai fi la pH 7, deoarece baza conjugată a acidului slab este capabilă să dea hidroliza bazică, returnând astfel un pH bazic. În schimb, chiar și acidul conjugat al bazei slabe va da hidroliza acidă, redând astfel un pH acid.

Titrarea Redox

Același subiect în detaliu: titrarea Redox .

Acest tip de titrare se bazează pe un proces de reducere a oxidării (redox), în care are loc, prin urmare, un transfer de electroni între speciile de concentrație cunoscută (inserate în buretă) și celelalte specii care urmează să fie titrate. Prima este, în general, o substanță puternic oxidantă, cum ar fi permanganatul de potasiu (KMnO ₄ ) sau un agent reducător, cum ar fi tiosulfatul de sodiu (Na ₂ S ₂ O ₃ ), pentru a garanta reacția dorită cu aproape orice substanță. De exemplu, pentru permanganatul de potasiu, reacția de reducere:

{\ce {MnO4- + 8H+ + 5e- -> Mn^2+ + 4H2O}}

{\ displaystyle {\ ce {MnO4- + 8H + + 5e- -> Mn ^ 2 + + 4H2O}}}

{\ displaystyle {\ ce {MnO4- + 8H + + 5e- -> Mn ^ 2 + + 4H2O}}}

are un potențial standard de reducere E ₀ de +1,49 V, ceea ce indică capacitatea sa de a se micșora ușor. Mai mult, titrările cu această substanță au avantajul de a nu avea nevoie de un indicator, deoarece permanganatul de potasiu are o culoare purpurie intensă, în timp ce specia sa redusă, Mn ²⁺ , este incoloră: aceasta înseamnă că la atingerea punctului de echivalență, substanța fi titrat va deveni violet, semnalând sfârșitul reacției.

Titrare complexometrică

Acest tip de titrare se bazează pe formarea unui complex între un ion metalic al analitului și un agent de complexare (titrant). Aceste analize sunt efectuate cu ajutorul unui indicator care, prin schimbarea culorii în trecerea de la forma complexată la forma decomplexată, indică punctul de echivalență. Înainte de acest punct remarcabil, de fapt, în cadrul soluției avem metalul complexat cu titrantul și metalul complexat cu indicatorul. Deoarece indicatorul este ales în așa fel încât constanta sa condițională (care determină formarea complexului cu metalul) este mai mică decât constanta condițională a tiolantului cu metalul menționat anterior, la adăugarea unui titrant mai mare, metalul complexat cu indicatorul se va descompune în favoarea formării unui alt complex de titrare a metalului, lăsând astfel indicatorul liber în soluție, provocând astfel schimbarea culorii și sfârșitul titrării.