T'es-tu déjà interrogé sur la quantité de fluorure que doit contenir ton eau potable ? Quelles sont les méthodes utilisées pour garantir des niveaux sains de fluor dans l'eau potable ?
Le fluor est un élément important pour la prévention de la carie dentaire, mais des valeurs élevées peuvent avoir un effet néfaste sur les dents. D'où l'importance de surveiller les niveaux de fluor dans l'eau afin de protéger le consommateur. Les chimistes analystes connaissent la réponse ! Ils s'appuient sur le titrage colorimétrique pour vérifier les niveaux de fluor dans l'eau et de nombreux produits.
Dans ce résumé de cours, nous allons examiner plus en détail le titrage colorimétrique et ses utilisations dans divers domaines.
- Ce résumé de cours porte sur le dosage par titrage colorimétrique.
- Tout d'abord, nous allons apprendre les bases de titrage et la notion de l'équivalence.
- Ensuite, nous apprendrons la procédure générale du titrage, réactif titrant, titré et réactif limitant.
- Ensuite, nous verrons les différents types de titrage comme titrage acide-base, titrage oxydoréduction ou par des réactions d'oxydoréductions et titrage par précipitation.
- Enfin, nous aborderons des exemples de calcul de la concentration à partir d'un titrage colorimétrique.
Titrage
Le titrage, également connu sous le nom de titrimétrie, est une méthode courante d'analyse chimique quantitative en laboratoire, utilisée pour déterminer la concentration inconnue d'un analyte identifié.
Qu'est-ce qu'un titrage colorimétrique ?
Un titrage colorimétrique est un titrage basé sur le changement de couleur du mélange réactionnel pour déterminer l'équivalence.
Étant donné que les mesures de volume jouent un rôle clé dans le titrage colorimétrique, celui-ci est également connu sous le nom d'analyse volumétrique.
Réactif titré
La substance dont la concentration est déterminée dans un titrage colorimétrique.
Réactif titrant
La solution de concentration connue qui est ajoutée au réactif titré dans un titrage colorimétrique.
Réactif limitant
Le réactif limitant est le réactif qui est complètement consommé dans la réaction. Une fois que ce réactif est entièrement consommé, il arrête la réaction et limite donc le produit fabriqué.
Équivalence
Il s'agit du moment où la réaction s'achève. Le point final ou point d'équivalence peut également être défini comme un point dans les réactions où le nombre d'équivalents de réactif titrant et réactif titré devient égal.
Pour détecter l'équivalence, un indicateur est utilisé pour chaque type de réaction.
Indicateur coloré
L'indicateur coloré est une substance utilisée pour indiquer le point d'équivalence d'un titrage. Les indicateurs colorés sont généralement choisis en fonction de leur capacité à subir un changement de couleur visible à un pH spécifique.
Titrage colorimétrique : Procédure générale
Bien que les spécificités diffèrent d'un type à l'autre, il existe une procédure générale suivie pour le titrage colorimétrique. Voici les étapes générales :
- Une petite quantité connue d'analyte est ajoutée à un Erlenmeyer. L'analyte doit être sous forme liquide, les solides sont donc dissous dans un solvant (généralement de l'eau).
- Un indicateur est ajouté au flacon (Facultatif). Un indicateur change de couleur pendant la réaction pour signaler son point final. Les indicateurs peuvent changer de couleur dans différentes circonstances, par exemple lorsque la solution atteint une certaine gamme de pH, ou lorsque l'indicateur se lie à une certaine molécule. Certaines solutions agissent comme leur propre indicateur.
- Un tampon est ajouté (Optionnel). Les tampons maintiennent le pH d'une solution stable, ce qui peut être nécessaire pour certains titrages colorimétriques.
- Une burette est placée au-dessus du flacon, qui est rempli du réactif de titrage. On ouvre la burette et on laisse le réactif titrant tomber dans le flacon. Le titrage est terminé, et la burette est fermée quand l'indicateur change de couleur.
Types de titrage
Il existe différents types de titrages. Chaque type est basé sur le type de réaction qui se produit. Ces types sont les suivants :
- Les titrages colorimétriques acide-base : Une réaction d'un acide et d'une base.
- Les titrages colorimétriques rédox : Une réaction qui implique le transfert d'électrons.
- Les titrages colorimétriques par précipitation : Réaction qui produit un solide insoluble (précipité).
Il existe en fait un quatrième type de titrage appelé titrage complexométrique. Ces titrages se situent un peu au-dessus du niveau du lycée.
Dans un titrage complexométrique, la réaction forme un complexe (atome central entouré d'un ensemble d'atomes/molécules liés). Ce type de réaction est plus courant pour les métaux de transition.
Pour mieux comprendre chaque type de titrage colorimétrique, nous allons les expliquer.
Mesures dans le titrage
Lorsque nous parlons des différents types de titrages colorimétriques, nous nous concentrons sur les différentes mesures. En examinant chaque type, nous nous concentrerons également sur les mesures que nous effectuons.
Titrage colorimétrique acide-base
Dans un titrage acide-base, on ajoute un indicateur qui change de couleur à un pH donné. L'indicateur est choisi en fonction de l'endroit où se trouve le point final.
Le but du titrage est de déterminer le point d'équivalence.
Le point d'équivalence est le point où il y a des quantités stœchiométriques équivalentes de l'analyte et du titrant.
Le rapport n'est pas nécessairement \( 1:1 \) , car il reflète le rapport donné dans l'équation chimique.
Nous utilisons le point d'équivalence pour résoudre la concentration de l'analyte à l'aide de cette formule :
$$ aM_{analyte} V_{analyte} = bM_{titrant} V_{titrant} $$
Où \( a \) et \( b \) sont les coefficients de l'équation de la réaction acide-base, \( M \) représente la molarité \( (mol/L) \) , et \( V \) représente le volume \( (L) \) .
Titrage colorimétrique Rédox : Réactions d'oxydoréduction
Le titrage colorimétrique rédox se concentre sur les réactions d'oxydoréductions. \( Rédox \) est l'abréviation de réduction-oxydation, ce qui est une façon élégante de dire "transfert d'électrons". Une espèce (celle qui est oxydée) perd/donne des électrons, tandis que l'autre espèce (celle qui est réduite) en gagne. La raison pour laquelle l'une des réactions est appelée "réduction" est que l'état d'oxydation de cette espèce est réduit.
L'état d'oxydation est la charge théorique qu'une espèce aurait si toutes ses liaisons étaient ioniques, c'est-à-dire qu'elle donnait ou recevait entièrement des électrons par liaison.
Les espèces ayant un degré d'oxydation positif donnent/perdent des électrons, tandis que les espèces ayant un degré d'oxydation négatif en gagnent. Par exemple : si une espèce a un degré d'oxydation de \( +2 \) et qu'elle gagne ensuite deux électrons, son degré d'oxydation est réduit à \( 0 \) .
Titrage colorimétrique par précipitation
Comme précédemment, nous cherchons à trouver le point d'équivalence. Cependant, avec le titrage colorimétrique par précipitation, nous nous concentrons sur la concentration de l'un des ions qui provoque la formation d'un précipité.
Par exemple, prends cette réaction de \( NaCl \) et \( AgNO_3 \) :
$$ NaCl_{(aq)} + AgNO_{3(aq)} \rightarrow NaNO_{3(aq)} + AgCl_{(s)} $$
Lorsqu'une espèce est marquée aqueuse \( (aq) \) , cela signifie qu'elle est soluble dans l'eau. Ici, nous voyons que \( AgCl \) est notre précipité puisqu'il s'agit d'un solide insoluble.
Calcul de la concentration : Exemple
Après avoir effectué un titrage colorimétrique, tu devras faire un calcul de la concentration du réactif titré.
\( 24.55 \ cm^{3} \) de manganate de potassium \( (VII) \) \( 0.020 \ M \) aqueux ont réagi avec \( 25.0 \ cm^{3} \) de solution de sulfate de fer \( (II) \) acidifiée. Trouve la concentration d'ions \( Fe^{2+} \) dans la solution.
Étape 1 : Écris l'équation équilibrée
$$ Fe_{(aq)}^{2+} +MnO_{4(aq)}^{-} + 8 H_{(aq)}^{+} \rightarrow 5Fe_{(aq)}^{3+} + Mn_{(aq)}^{2+} + 4H_2O_{(l)} $$
Étape 2 : Détermine le nombre de moles d'ions \( MnO_{4}^{-} \) ajoutés dans l'erlenmeyer.
Moles de \( MnO_{4}^{-} = \frac{concentration \ \times \ volume}{1000} \)
Nous divisons par \( 1000 \) pour convertir le volume de \( cm^3 \) en \( dm^3 \) .
Moles de \( MnO_{4}^{-} = \frac{0.02 \times 24.55}{1000} = \ 0.000491 \ mol \)
Étape 3 : L'équation t'indique qu'une mole de \( MnO_{4}^{-} \) réagit avec \( 5 \) moles de \( Fe^{2+} \) .
$$ 5Fe_{(aq)}^{2+} + MnO_{4(aq)}^{-} +8 H^{+} \rightarrow 5Fe_{(aq)}^{3+} +Mn_{(aq)}^{2+} + 4H_2O_{(l)} $$
Étape 4 : Multiplie les moles de \( MnO_{4}^{-} par \ 5 \) .
\( 0,000491 \times 5 \ = \ 0,002455 \ moles \ de \ Fe^{2+} \) .
Étape 5 : Calcule la concentration de \( Fe^{2+} \) .
moles de \( Fe^{2+} = \frac{concentration \ \times \ volume}{1000} \)
Réorganise la formule de sorte que la \( concentration = \frac{moles \times 1000}{volume} \)
\( Concentration = \frac{0.002455 \times 1000}{25} \)
\( Concentration = \ 0,0982 \ mol \ dm^{-3} \)
\( Concentration = \ 0,0982 \ mol \ dm^{-3} \)
Dosage par titrage colorimétrique : Utilisations
À partir de ces quelques exemples, tu peux comprendre pourquoi le titrage colorimétrique est un outil extrêmement utile !
Les titrages colorimétriques sont très utiles pour déterminer la concentration d'un analyte désigné. Voici quelques utilisations pour chaque type de titrage :
Le titrage colorimétrique acide-base est utilisé dans l'industrie alimentaire pour maintenir un pH souhaité pour le goût et/ou la sécurité et dans l'industrie cosmétique pour maintenir un \( pH \) sûr pour la peau.
Le titrage colorimétrique rédox est utilisé dans l'industrie pharmaceutique pour déterminer les concentrations de certains composés et pour déterminer des informations nutritionnelles telles que la concentration en vitamine \( C \) .
Le titrage colorimétrique par précipitation est utilisé pour déterminer la concentration de chlorure dans l'eau potable et pour mesurer la teneur en sel des aliments.
Titrage colorimétrique - Points clés
- Le titrage est une méthode d'analyse chimique quantitative utilisée pour déterminer la concentration inconnue d'un analyte identifié.
- Un titrage colorimétrique est un titrage basé sur le changement de couleur du mélange réactionnel pour déterminer l'équivalence.
- Un réactif titré est la substance dont la concentration est déterminée dans un titrage colorimétrique.
- Un réactif titrant est la solution de concentration connue qui est ajoutée au réactif titré dans un titrage colorimétrique.
- Le réactif limitant est le réactif qui est complètement consommé dans la réaction.
- L'équivalence est le point dans les réactions où le nombre d'équivalents de réactif titrant et réactif titré devient égal.
- L'indicateur coloré est la substance utilisée pour indiquer le point d'équivalence d'un titrage colorimétrique.
- Il existe différents types de titrages colorimétriques. Chaque type est basé sur le type de réaction qui se produit. Ces types sont les suivants :
- Les titrages colorimétriques acide-base.
- Les titrages colorimétriques rédox ou par des réactions d'oxydoréduction.
- Les titrages colorimétriques par précipitation.
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