Titolazioni: metodi di analisi quantitativa in chimica

Metodi di analisi basati sulla titolazione

Comprendono un gruppo di procedimenti quantitativi
basati sulla determinazione della quantità di un reagente
a concentrazione nota che viene consumata dall'analita.
La TITOLAZIONE è un processo in cui un reagente
standard viene aggiunto ad un analita, fino a che la
reazione non viene giudicata completa.

Titolazione
volumetrica
Titolazione
gravimetrica
Titolazione
coulometrica
Volume
Massa
Tempo
(reagente = corrente elettrica)

Una titolazione è un metodo di analisi quantitativo basato sulla
misura della quantità di un reagente a concentrazione nota con
esattezza, necessario per reagire con l'analita, quindi,
titolazione metodo di analisi quantitativo in cui si valuta la
quantità di un reagente a concentrazione nota necessaria per
reagire con il nostro analita, con la sostanza o il campione
sottoposto all'analisi.

La titolazione può essere di diversi tipi:

• Titolazione volumetrica, quando facciamo reagire col
  nostro analita una quantità di reagente a concentrazione nota,
  ma di fatto dobbiamo andare a leggere il volume della
  soluzione di questo reagente.
• Titolazione gravimetrica, sempre un metodo di tipo quantitativo, in cui si fa una pensata quindi si va a
  misurare la massa.
• Titolazione coulometrica in cui il reagente è la corrente elettrica, il nostro titolante è la corrente elettrica e
  si misura il tempo necessario per dare la determinata reazione con l'analita.

Titolazione volumetrica

In sostanza noi ci limiteremo per tutto quanto il corso alle titolazioni volumetriche, ossia dovremo fare delle
indagini di tipo quantitativo in cui valutiamo il volume di un reagente la cui concentrazione è nota con
esattezza, valutiamo quindi questo volume necessario per reagire con l'analita. Come facciamo a valutare
questo volume? Lo valutiamo con la buretta. La titolazione
volumetrica ci consente dalla lettura del volume della buretta di
sapere quant'è il nostro analita perché la soluzione all'interno della
buretta deve reagire con il nostro analita, deve dare una reazione
chimica che può essere di diversi tipi. Per cui la titolazione è un
metodo di tipo quantitativo in cui si valuta nel caso della
titolazione volumetrica, il volume di un reagente la cui
concentrazione è nota, non in modo approssimata, ma
esattamente, il volume necessario per reagire in modo completo
con l'analita. La soluzione la cui concentrazione è nota con
esattezza, che noi facciamo reagire con l'analita, si chiama
titolante. Il titolante è una soluzione la cui concentrazione è nota
con esattezza.

Misura del volume nella titolazione volumetrica

Si basa sulla misura del volume di una soluzione a
concentrazione nota (titolante), necessario a reagire
stechiometricamente con la specie da determinare (analita),
sciolta in un solvente opportuno.

Tipi di reazione tra titolante e analita

A seconda del tipo di reazione tra titolante ed analita le
titolazioni si distinguono in:

• Titolazioni acido-base (acidimetria ed alcalimetria)
  HCI + NaOH - NaCl + H2O
• Titolazioni di precipitazione
  Ag+ + Cl- - AgCl(s)
• Titolazioni redox
  Fe2+ + Ce+ -Fe3+ + Ce3+
• Titolazioni di complessazione
  Mg2+ + EDTA- Mg-EDTA

Il titolante con l'analita può dare diverse diversi tipi di reazioni chimiche:

1. In particolare, possono avvenire delle reazioni acido-base, quindi delle reazioni di neutralizzazione, ad
   esempio, l'acido cloridrico che è un acido forte che reagisce con NaOH che è una base forte, avviene una
   reazione acido base e si forma NaCl cloruro di sodio che è un sale, il prodotto della neutralizzazione +
   acqua, quindi, in queste titolazioni acido-base, l'analita deve essere una base e il titolante deve essere
   necessariamente un acido o il contrario. Non possiamo avere due acidi e non possiamo avere due basi
   perché tra loro non reagiscono. Quando il titolante è un acido utilizziamo più correttamente il termine
   acidimetria. Il suffisso -metria ci dice cosa noi mettiamo nella buretta, nella buretta va messo il
   titolante. Se il titolante è un acido vuol dire che nella buretta abbiamo messo un acido e parliamo di
   acidimetria, quindi è un metodo quantitativo in cui il titolante è una sostanza acida. Invece, se all'interno
   della buretta mettiamo una base, il titolante sarà una base e parliamo di alcalimetria; quindi, metodo
   quantitativo in cui il titolante è una sostanza basica.
2. Accanto alle titolazioni acido base ce ne possono essere anche delle altre, noi le vedremo tutte
   quante. Ad esempio, possono avvenire reazioni di precipitazione e quindi passiamo effettuare delle
   titolazioni di precipitazione, questo avviene quando abbiamo dall'unione del titolante con l'analita la
   formazione di un prodotto poco solubile, un precipitato. Nell'immagine abbiamo riportato lo ione Ag+ e
   lo ione Cl-, lo ione argento e lo ione cloruro. Lo ione Ag+ viene dal nitrato d'argento AgNO3, mentre lo
   ione cloruro da cloruro di sodio NaCl. Sia AgNO3 e sia NaCl sono solubili in acqua, quindi danno delle
   soluzioni. Ma quando uniamo una soluzione all'altra, si forma AgCl cloruro d'argento, che è un prodotto
   poco solubile, un precipitato. In queste titolazioni avremo nella beuta l'analita in soluzione, nella buretta
   il titolante sciolto perfettamente. Uniamo la soluzione della buretta a quella della beuta e si forma unprecipitato, sotto AgCl ci abbiamo messo la s che indica che quel prodotto è poco solubile, quindi si
   forma un precipitato.
3. Le titolazioni redox sono dei metodi volumetrici di analisi in cui avvengono delle reazioni di ossido-
   riduzione e c'è un trasferimento di elettroni dal titolante all'analita o viceversa. Ad esempio, in questo
   esempio c'è lo ione ferroso che reagisce con Ce4+. Il ferro si ossida a Fe3+ e contemporaneamente il cerio
   da +4 si riduce a +3, quindi avviene una redox, una ossido-riduzione. Chiaramente se il titolante è un
   ossidante, l'analita deve essere un riducente o il contrario come avviene per gli acidi e le basi.
4. C'è un quarto tipo di titolazione, sempre titolazione volumetrica in cui dall'unione del titolante, soluzione
   a concentrazione nota e dell'analita, si forma un composto di coordinazione o ione complesso, che è un
   prodotto in cui sono presenti dei legami di tipo dativo, dei legami di coordinazione. Nel legame
   covalente, del doppietto elettronico, un elettrone viene dato da un atomo e l'altro elettrone viene dato
   dall'altro, nel legame dativo c'è un atomo che dona il doppietto e l'altro che lo riceve. In questo caso si
   formano legami di coordinazione e anche queste titolazioni possono essere utilizzate come metodi
   volumetrici di analisi, metodi quantitativi. Ad esempio lo ione magnesio può formare un complesso di
   coordinazione con un agente titolante che si chiama EDTA, si forma il complesso magnesio-EDTA. In
   questo complesso ci saranno uno o più legami di coordinazione. Di solito questi complessi sono o
   colorati nel visibile o comunque possiamo utilizzare uno stratagemma per renderli colorati.

In sostanza noi possiamo, con la titolazione volumetrica, monitorare quattro tipi diversi di reazione, a
seconda di quello che è il nostro analita.

Requisiti per l'analisi volumetrica

Per essere utilizzata nell'analisi volumetrica una
reazione deve:

1. essere rapida
2. essere completa
3. decorrere in senso univoco
4. avere un punto equivalente facilmente rilevabile
   (con un indicatore o mediante una misura chimico-
   fisica)

Per usare una reazione dal punto di vista quantitativo, questa
reazione deve essere veloce, completa, procedere in un solo
senso e deve avere un punto equivalente facilmente
rilevabile.

• Completa: se facciamo reagire l'analita con il titolante,
  deve reagire il 100% dell'analita, non di meno, perché se
  reagisce di meno non l'abbiamo determinato tutto il nostro
  analita, quindi completa entro l'errore sperimentale, che
  comunque c'è praticamente in tutti i metodi.
• Veloce: perché dobbiamo eseguire abbastanza velocemente
  la titolazione. Vedremo che non sempre questo si verifica, in
  alcuni casi dobbiamo scaldare la soluzione.
• In senso univoco: tutte le reazioni sono in realtà degli equilibri chimici, se ad esempio stiamo facendo una
  redox, una volta che abbiamo ottenuto i prodotti, questi non devono riformare i reagenti perché altrimenti
  non riusciamo a calcolare i numeri, a sapere quant'è la quantità dei nostro analita.
• Un punto equivalente facilmente rilevabile: il punto equivalente di una titolazione è un punto teorico in
  cui viene raggiunta l'equivalenza chimica, cioè che gli equivalenti di titolante sono uguali agli equivalenti
  di analita.

Terminologia della titolazione

V Titolazione (retro-titolazione)
v Standards primari e secondari (standardizzazione)
v Punto di equivalenza
V Punto finale
v Curva di titolazione

Nella titolazione volumetrica si determina il volume di una soluzione standard. Soluzione standard significa
soluzione la cui concentrazione è nota esattamente, è nota con esattezza; quindi, si determina il volume di
soluzione standard necessario per reagire in modo completo con l'analita. La soluzione standard si chiama
anche titolante, quindi dire titolante e dire soluzione standard è esattamente la stessa cosa. Una soluzione
standard è una soluzione la cui concentrazione è nota con esattezza. Quindi se noi abbiamoin laboratorio una
soluzione di acido cloridrico circa 0,5 N, quello non è un titolante, perché quel circa non ci dice con
esattezza quant'è la concentrazione.

Come si esegue una titolazione volumetrica

Come si fa una titolazione volumetrica? Si fa aggiungendo lentamente la soluzione standard, cioè il titolante
dalla buretta in una soluzione contenente l'analita, quindi, in sostanza, nella titolazione volumetrica, noi
mettiamo all'interno della buretta la soluzione standard o titolante, cioè una soluzione la cui concentrazione è
esattamente nota e aggiungiamo questa soluzione all'interno della soluzione dell'analita. L'analita lo
sciogliamo in acqua e lo mettiamo all'interno della beuta. A fine titolazione, quando la reazione è completa,
dobbiamo andare a leggere il volume di titolante sulla buretta, ecco perché si parla di titolazione
volumetrica. Il reagente 1 è il nostro analita, noi facciamo l'analisi perché vogliamo conoscere la quantità del
nostro analita. La quantità sarà data da C1V1 cioè sarà una quantità in moli piuttosto che in equivalenti. Il
reagente 2, quello che mettiamo all'interno della buretta è il titolante. Aggiungiamo il reagente 2 al reagente 1