Titolazione (chimica)

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Titolazione acido-base

L'analisi volumetrica o volumetria è una tecnica analitica che consiste nel far reagire una soluzione a titolo noto di un reagente (titolante) con un volume noto di una soluzione a titolo non noto contenente l'analita (titolando).[1] Conoscendo il volume di titolante utilizzato e la stechiometria di reazione si può risalire alla concentrazione dell'analita con semplici calcoli.

La procedura analitica prende il nome di titolazione e con questo termine si è soliti riferirsi all'analisi volumetrica in senso lato.

Procedimento[modifica | modifica sorgente]

Una quantità nota del campione da analizzare viene sciolta in un opportuno solvente. A questa soluzione vengono aggiunte gradualmente quantità di un secondo reagente (detto titolante), anch'esso in forma di soluzione a concentrazione rigorosamente nota, fino a quando la reazione tra i due è completa. Conoscendo la stechiometria della reazione chimica tra campione e titolante è possibile risalire alla purezza del campione partendo dal volume esatto di titolante consumato.

Il titolante viene generalmente dosato tramite una buretta, strumento che consente di leggere con precisione (generalmente fino a 0,05 ml) il volume di titolante aggiunto.

La completezza della reazione può essere rilevata in vari modi. Spesso si ricorre ad un indicatore (una sostanza che cambia colore in funzione dell'ambiente chimico in cui si trova), ma si può anche fare uso di un elettrodo (specialmente negli strumenti che eseguono titolazioni in modo automatico o semi-automatico).

Non tutte le reazioni sono adatte per poter essere impiegate in una titolazione. Le reazioni su cui si basano le titolazioni devono essere

  • veloci
  • complete
  • esattamente note nella loro stechiometria
  • devono far variare un parametro che sia rilevabile (pH, potenziale elettrochimico,...)

Benché la grande maggioranza delle titolazioni venga condotta in soluzione acquosa, anche altri solventi (etanolo, acetone, acido acetico per citarne alcuni) possono essere impiegati in casi particolari.

Quando la reazione non è sufficientemente veloce o il punto di fine reazione non è di facile rilevamento, una tecnica adottata è quella della retrotitolazione. Consiste nell'aggiungere al campione una quantità nota di titolante che sia ben oltre quanta ne occorra per completare la reazione. Il campione reagirà consumando parzialmente il titolante aggiunto. L'eccesso di titolante viene quindi a sua volta titolato con un secondo titolante a concentrazione nota con cui il primo titolante reagisce in modo veloce e facilmente rilevabile. Per un esempio di retrotitolazione, si veda la voce C.O.D.

Tipi di titolazione[modifica | modifica sorgente]

Esistono diversi tipi di titolazione, classificati in funzione della reazione su cui si basano o della tecnica adottata per il rilevamento del completamento della reazione. Tra questi si annoverano

Per questi tipi di titolazione sono comuni sia l'uso di indicatori, sia la misura del potenziale elettrico della soluzione. Altre titolazioni analitiche sono:

La parola "titolazione" è entrata in uso in passato, quando con il termine "titolo" applicato ad una soluzione veniva comunemente intesa la sua concentrazione.

Titolazione acido-base[modifica | modifica sorgente]

Questo tipo di titolazioni sono utili a verificare la concentrazione ignota di un acido o di una base, mediante la reazione di neutralizzazione che porta alla formazione di un sale più acqua. La soluzione da titolare può essere un acido o una base, sia debole che forte. Il monitoraggio dell'andamento della titolazione può avvenire tramite una costante misura del pH della soluzione attraverso un apposito strumento, oppure tramite l'uso di un indicatore il cui pH di viraggio sia nella regione del punto di equivalenza. Quando si titolano acidi forti con basi forti (o viceversa) il valore del pH inizialmente varia molto lentamente, per poi avere un grande salto al punto di equivalenza (che ha pH=7).

Se si utilizzano al contrario acidi deboli con basi forti (o viceversa) il pH inizialmente varia molto rapidamente, per poi stabilizzarsi al raggiungimento del punto di semi-equivalenza (quando è stata aggiunta metà della quantità di reagente necessaria alla neutralizzazione). In questo momento si è formata una soluzione tampone di massima efficacia (pH=pKa dell'acido o base debole titolata). Il salto di pH al punto di equivalenza è molto minore rispetto a sopra e la scelta dell'indicatore è quindi ristretta; questo valore di pH non è inoltre necessariamente neutro; anzi per un acido debole, è distintamente basico e per una base debole è invece acido. I sali di acidi deboli, che si dissociano completamente in soluzione acquosa, sono infatti a loro volta delle basi deboli, e quindi sono in grado di accettare protoni dall'acqua, facendo aumentare il pH al punto di equivalenza; il discorso inverso vale invece per i sali di basi deboli.

Per mostrare i risultati è molto comune tracciare un grafico, che visualizzi il valore del pH sull'asse y e il volume aggiunto di sostanza a concentrazione nota sull'asse x. La figura ottenuta, denominata curva di titolazione, ha in genere una visibile porzione in cui è praticamente verticale, che indica un rapidissimo cambiamento di pH con un piccolo aumento di volume (attorno al punto di equivalenza). La curva è utile a determinare i punti di equivalenza e semi-equivalenza. Per determinare il primo, spesso si sfrutta il metodo delle tangenti, che consiste nel tracciare due tangenti alla curva fra loro parallele, e trovare poi la terza retta parallela a queste due e a uguale distanza da esse: il punto in cui quest'ultima retta interseca il grafico è il punto di equivalenza, da cui si ricava poi facilmente il volume necessario al suo raggiungimento e il pH (guardando sugli assi cartesiani corrispondenti). Il punto di semi-equivalenza si trova, sull'asse delle ascisse, a esattamente la metà del valore di volume al punto di equivalenza.

Titolazione redox[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Titolazione di ossidoriduzione.

Questo tipo di titolazione si basa su di un processo di ossido-riduzione (redox), in cui avviene quindi un trasferimento di elettroni tra la specie a concentrazione nota (inserita nella buretta) e l'altra specie da titolare. La prima è in genere una sostanza fortemente ossidante, come ad esempio il permanganato di potassio (KMnO4), o riducente, come il tiosolfato di sodio (Na2S2O3), in modo da garantire la reazione desiderata con pressoché qualsiasi sostanza da titolare. Ad esempio, per il permanganato di potassio, la reazione di riduzione:

MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O

ha un potenziale standard di riduzione E0 di +1,49 V, il che indica la sua capacità di ridursi facilmente. Inoltre, le titolazioni con questa sostanza hanno il vantaggio di non necessitare di un indicatore, poiché il permanganato di potassio è di un intenso colore viola, mentre la sua specie ridotta, Mn2+, è incolore: ciò significa che al raggiungimento del punto di equivalenza, la sostanza da titolare si colorerà di viola, segnalando il termine della reazione.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "titration"

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