Analisi volumetrica

TITOLANTE TITOLATO L’analisi volumetrica consente la determinazione del titolo di un analita misurando il volume di una soluzione standard di un opportuno reagente a titolo esattamente noto. Il procedimento più comune consiste nell’erogare il titolante con una buretta e questa tecnica analitica prende il nome di titolazione.

Titolazioni Si basano su diverse reazioni: La titolazione deve essere: neutralizzazione; precipitazione; complessazione; ossido-riduzione. La titolazione deve essere: completa (l’equilibrio deve essere spostato a destra); rapida; descritta chiaramente; con il punto finale identificabile e riproducibile.

Il titolo Il titolo corrisponde alla concentrazione del reattivo. Come dovrebbe essere ormai noto, la concentrazione può essere espressa in diversi modi: Molarità (M) = Moli Litro Moli = Massa (g) Peso molecolare (g/mol) Millimol = 1/1000 di mole Neq = Massa (g) Peso equivalente (PM/eq) Normalità (N) = Numero equivalenti Litro Millieq = 1/1000 di equivalenti

Il punto di equivalenza In precedenza è stato evidenziato che una titolazione viene eseguita mediante lenta aggiunta di una soluzione standard da una buretta ad una soluzione dell’analita fino a che la reazione tra i due non viene giudicata completa. Ma quando una titolazione può essere giudicata completa? Ebbene, una titolazione può considerarsi terminata quando gli equivalenti di titolante e di analita sono uguali (punto equivalente). Il punto di equivalenza è proprio quel punto della titolazione in cui la quantità di titolante aggiunta è esattamente quella richiesta dalla reazione stechiometrica dell’analita.

Il punto di equivalenza costituisce il risultato ideale da ricercare in una titolazione. Ciò che effettivamente si misura è il punto finale attraverso un’improvvisa variazione di una proprietà fisica o chimica della soluzione.

Variazioni chimico fisiche associate al punto di equivalenza della titolazione: dal cambiamento di colore o dell’analita o di una sostanza appositamente introdotta definita indicatore; dall’intorbidamento della soluzione per formazione di una fase insolubile; dalla conducibilità elettrica della soluzione; dalla differenza di potenziale tra due elettrodi immersi nella soluzione; dall’indice di rifrazione della soluzione; dalla variazione della temperatura; dalla quantità di corrente che passa attraverso la soluzione.

Curve di titolazione Fonte: www.itchiavari.org Le curve di titolazione servono a capire la base teorica dei punti finali e le sorgenti degli errori di titolazione. Esse consistono in un diagramma che ha sull’asse delle ascisse il volume del reagente e su quello delle ordinate una qualche funzione della concentrazione dell’analita o del reagente. Di norma la curva risultante è di tipo sigmoide, nella quale le osservazioni importanti sono limitate ad una piccola zona (da  0,1 a  0,5 mL) intorno al punto di equivalenza.

Punto di equivalenza e punto finale Il punto di equivalenza di una titolazione è un punto teorico che non si può determinare sperimentalmente. È possibile solo stimare la sua posizione osservando qualche cambiamento fisico associato con la condizione i equivalenza. Questo cambiamento è detto punto finale della titolazione. La differenza di volume tra il punto di equivalenza ed il punto finale costituisce l’errore di titolazione. Ei = Vep - Veq Ei: errore di titolazione Vep: volume effettivo usato per arrivare al punto finale Veq: volume teorico di reagente richiesto per raggiungere il punto di equivalenza

L’indicatore Il punto finale di una titolazione si evidenzia in genere mediante l’uso di indicatori. Con il termine indicatore si intende un composto, o un sistema costituito da più composti, in grado di subire delle modificazioni facilmente osservabili, generalmente il colore, in funzione dell’ambiente chimico in cui si trova. Acido o basico Ricco o povero di un dato ione Ossidante o riducente Oltre agli indicatori, possono essere adoperati degli strumenti per trovare i punti di equivalenza. Questi rispondono a certe proprietà della soluzione che cambiano in modo caratteristico durante la titolazione. Fra tali strumenti ci sono i voltametri, gli amperometri, gli ohmmetri, i colorimetri, i pHmetri, i registratori di temperatura o i rifrattometri.

Le soluzioni standard La validità di un procedimento analitico dipende dalla conoscenza della quantità di uno dei reagenti utilizzati. E’ possibile conoscere la concentrazione esattamente nota del titolante.

Tipi di standard standard primario (sostanza madre): è un composto, sufficientemente puro, dal quale si può preparare la soluzione standard pesandone direttamente una certa quantità e quindi diluendo fino ad un volume definito di soluzione. standard secondario: è una sostanza la cui concentrazione è stata determinata in riferimento ad uno standard primario (standardizzazione).

Caratteristiche dello standard primario elevata purezza (99,99%); stabilità all’aria; ragionevole solubilità nel mezzo di titolazione; con peso equivalente sufficientemente alto in maniera tale da rendere trascurabile l’errore nella pesata; disponibile a costo modesto.

Alcuni standard primari Classe Nome P.M. (g/mol) Acido-base Carbonato di disodio 105,99 Tetraborato di disodio 381,37 Idrogenoftalato di potassio 204,22 Acido benzoico 122,01 Ossido-riduzione Dicromato di potassio 294,19 Bromato di potassio 167,01 Iodato di potassio 214,00 Ossalato di disodio 134,01 Triossido di diarsenico 90,0 Di precipitazione Argento 107,87 Nitrato d’argento 169,87 Cloruro di sodio 58,44 Cloruro di potassio 74,55 Di complessazione Zinco 65,39 Magnesio 24,30 Rame 63,55 Carbonato di calcio 100,09 EDTA sale disodico diidrato 292,25

Esempio Si supponga di voler preparare 5,000 L di una soluzione di Na2CO3 (105,99 g/mol) 0,1000 M dallo standard primario solido. Poiché il volume è espresso in litri si basano i calcoli sulla mole piuttosto che sulla millimole. Sapendo che: Molarità (M) = Moli Litro Moli = Massa (g) Peso molecolare (g/mol) 0,1000 mol/L = X mol 5,000 L X = 0,5000 moli Na2CO3 0,5000 moli = X g 105,99 g/mol X = 52,99 g Na2CO3

Standard secondari Nella maggioranza dei casi, il titolante non è disponibile sotto forma di standard primario. Si utilizza allora una soluzione di titolante avente circa la concentrazione desiderata, per titolare una massa nota di uno standard primario.

Esempio Si ipotizzi di voler preparare 1,000L di una soluzione 0,1 M di HCl (36,465 g/mol). L'acido cloridrico non è uno standard primario occorre pertanto preparare una soluzione a concentrazione approssimata e poi titolarla con una sostanza madre (standardizzazione). L'HCl concentrato puro per analisi, è commercializzato sotto forma di soluzione acquosa, sulla bottiglia del  reattivo sono riportati la purezza (37%) e la densità (1,185 g/mL). Sapendo che: Moli = Massa (g) Peso molecolare (g/mol) d = g mL Molarità (M) = Moli Litro 0,1000 mol/L = X mol 1,000 L X = 0,1000 moli HCl 0,1000 moli = X g 36,465 g/mol X = 3,6465 g HCl

… continuo Sapendo che l’HCl è puro al 37% 100 : 37 = X : 3,6465 X = 9,855 g di HCl L’HCl è venduto liquido è quindi occorre sapere il volume da prelevare: d = 1,185 g/mL quindi 1,185 g/mL = 9,855 g X = 8,31 mL di HCl X mL È quindi sufficiente prelevare 8.31 mL mediante una pipetta tarata, versare questa soluzione in un matraccio tarato da 1 L e portare a volume mediante acqua distillata. Per quanto detto precedentemente, la soluzione non può essere definita esattamente  0.1 N, ma circa  0.1 N.  Per ottenere il titolo esatto si deve standardizzare questa soluzione mediante una titolazione con uno standard primario come il carbonato sodico.

Standardizzazione di una soluzione di HCl Si supponga di disporre di una soluzione 0,1 M circa di HCl e di una soluzione a titolo esattamente noto di Na2CO3 0,112. Sapendo che per standardizzare 10 mL di HCl sono stati impiegati 11,2 mL di Na2CO3, quale sarà il titolo esattamente noto della soluzione di HCl? V1 * C1 = V2 * C2 Dove: V1: volume del titolante usato C1: concentrazione del titolante V2: volume del titolato C2: concentrazione del titolato (incognita)

Standardizzazione di una soluzione di HCl Quindi: V1: 11,2 mL C1: 0,112 mol/L V2: 10 mL C2: X mol/L Na2CO3 0,112 M V = 11,2 mL HCl 0,1 M V = 10 mL 0,125 M 11,2 mL * 0,112 M = 10 mL * X M X = 0,125 M Fonte: www.unical.it

Diluizioni Si supponga di voler diluire una soluzione 0,1 molare di HCl di 1/10. Anche in questo caso si applica la formula: V1 * C1 = V2 * C2 Dove: V1: X mL C1: 0,1 M V2: 100 mL (volume scelto arbitrariamente) C2: 0,01 M X mL * 0,1 M = 100 mL * 0,01 M X = 10 mL Quindi si prelevano 10 mL di una soluzione 0,1 M di HCl con una pipetta tarata, si versano in un matraccio da 100 mL e si porta a volume (fino alla linea di fede) con acqua deionizzata.

Bibliografia e sitografia Douglas A. Skoog, Donald M. West F. James Holler; Chimica analitica una introduzione; edizioni EdiSes http://www.dicasm.unibo.it http://farmapadova.altervista.org/gia/S04_ANALISI_VOLUMETRICA.ppt http://siba.unipv.it/chimica/DIDATTICA/Sturini/Scichim/1analisi%20volumetrica.pdf