Titrări

Titrarea determină concentrația unei soluții prin reacția ei cu un volum măsurat de soluție de concentrație cunoscută. Soluția etalon se adaugă din biuretă, iar proba se află în Erlenmeyer. Echivalența este momentul în care cantitățile au raportul stoechiometric din ecuația egalată; un indicator sau pH-metrul marchează experimental punctul final. Titrările acido-bazice folosesc neutralizarea, iar cele redox transferul de electroni. Permanganatul în mediu acid oxidează $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ la $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$; culoarea roz pal persistentă indică primul exces de $\mathrm{Mn}{\mathrm{O}}_4^{-}$.

Aparatura și desfășurarea. Se folosesc biureta (soluția cu concentrație cunoscută, numită titrant), pipeta cu care se măsoară o probă exactă (alicotă) și paharul Erlenmeyer.

1. Se măsoară cu pipeta o alicotă din soluția de analizat și se pune în Erlenmeyer, împreună cu $2$–$3$ picături de indicator.
2. Se adaugă titrantul din biuretă, agitând continuu, repede la început și picătură cu picătură în apropierea schimbării de culoare.
3. Se oprește la prima schimbare de culoare persistentă și se citește volumul consumat.
4. Se repetă titrarea până când trei volume diferă între ele cu cel mult $0,1$ mL; se calculează media lor.

Titrarea acido-bazică și alegerea indicatorului. Indicatorul trebuie să-și schimbe culoarea în jurul pH-ului de la echivalență.

• Acid tare cu bază tare (pH $7$ la echivalență): fenolftaleină, metiloranj sau albastru de bromtimol.
• Acid slab cu bază tare, de exemplu $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$ cu $\mathrm{NaOH}$: la echivalență soluția conține acetat de sodiu, cu $\mathrm{pH}>7$, deci se folosește fenolftaleina (viraj incolor spre roz).
• Bază slabă cu acid tare: la echivalență $\mathrm{pH}<7$, deci se folosește metiloranj (viraj galben spre roșu).

Titrarea redox. Permanganatul de potasiu este colorat violet, iar produsul său de reducere în mediu acid, $\mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}$, este aproape incolor; de aceea reactivul servește drept propriul indicator: prima picătură în exces dă culoarea roz persistentă. Mediul se acidulează cu ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$.

Exemplul 1: oțet. Se diluează $10,0$ mL de oțet la $100,0$ mL. O alicotă de $10,0$ mL consumă $12,0$ mL soluție $\mathrm{NaOH}$ $0,100$ mol/L cu fenolftaleină.

1. $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}+\mathrm{NaOH}\to \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COONa}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, raport $1:1$.
2. $n(\mathrm{NaOH})=0,0120\cdot 0,100=0,00120$ mol, deci în alicotă sunt $0,00120$ mol acid acetic.
3. În cei $100$ mL de soluție diluată sunt $10$ ori mai mulți: $0,0120$ mol, aflați în cei $10,0$ mL de oțet inițial.
4. $m=0,0120\cdot 60=0,72$ g în $10$ mL, adică $7,2$ g acid acetic la $100$ mL de oțet.

Exemplul 2: apă oxigenată. Se diluează $5,00$ mL de soluție de ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ la $100,0$ mL. O alicotă de $10,0$ mL consumă $17,6$ mL $\mathrm{KMn}{\mathrm{O}}_4$ $0,0200$ mol/L în mediu acid, după ecuația $2Mn{\mathrm{O}}_4^{-}+5{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}^{+}\to 2M{\mathrm{n}}^{2+}+5{\mathrm{O}}_2+8{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

1. $n(\mathrm{Mn}{\mathrm{O}}_4^{-})=0,0176\cdot 0,0200=3,52\cdot 10^{-4}$ mol.
2. Raportul $2:5$ dă $n({\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2)=3,52\cdot 10^{-4}\cdot 5/2=8,8\cdot 10^{-4}$ mol în alicotă.
3. În $100$ mL sunt $8,8\cdot 10^{-3}$ mol, aflați în cei $5,00$ mL inițiali: $c=8,8\cdot 10^{-3}/0,00500=1,76$ mol/L.
4. Cu $M=34$ g/mol, rezultă aproximativ $6,0$ g ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ la $100$ mL.

Exemplul 3: acid sulfuric. Pentru $25,0$ mL de ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ neutralizați cu $40,0$ mL $\mathrm{NaOH}$ $0,100$ mol/L, ecuația ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4+2NaOH\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ dă $n(\mathrm{NaOH})=0,00400$ mol și $n({\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4)=0,00200$ mol, deci $c=0,0800$ mol/L.

Exemplul 4: ioni fier(II). O probă de $20,0$ mL soluție cu $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$, acidulată cu ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$, consumă $16,0$ mL $\mathrm{KMn}{\mathrm{O}}_4$ $0,0200$ mol/L, după ecuația $\mathrm{Mn}{\mathrm{O}}_4^{-}+5F{\mathrm{e}}^{2+}+8{\mathrm{H}}^{+}\to \mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}+5F{\mathrm{e}}^{3+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

1. $n(\mathrm{Mn}{\mathrm{O}}_4^{-})=0,0160\cdot 0,0200=3,20\cdot 10^{-4}$ mol.
2. Un mol de permanganat corespunde la cinci moli fier(II): $n(\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+})=5\cdot 3,20\cdot 10^{-4}=1,60\cdot 10^{-3}$ mol.
3. $c=1,60\cdot 10^{-3}/0,0200=0,0800$ mol/L.

Interpretarea rezultatului. Rezultatul se exprimă în mol/L sau în g/100 mL, cu atâtea cifre semnificative câte are volumul măsurat. Se ține seama de diluții, de coeficienții ecuației și de faptul că punctul final colorat este apropiat, dar nu identic, cu echivalența.

Greșeli frecvente

• Greșit: În titrarea acidului sulfuric, molii de $\mathrm{NaOH}$ sunt egali cu molii de acid.
  Corect: un mol ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ cere doi moli $\mathrm{NaOH}$.
• Greșit: Punctul final colorat și echivalența sunt definiții identice.
  Corect: punctul final este observația experimentală, aleasă cât mai aproape de echivalența stoechiometrică.
• Greșit: Se omite factorul de diluție și rezultatul este concentrația alicotei.
  Corect: concentrația probei inițiale se află înmulțind cu factorul de diluție ($10$ în exemplul cu oțet).
• Greșit: Pentru titrarea acidului acetic cu hidroxid de sodiu se poate folosi orice indicator.
  Corect: se folosește fenolftaleina, deoarece la echivalență $\mathrm{pH}>7$; metiloranjul virează prea devreme.

Înainte și după