Les titrages colorimétriques

Les titrages colorimétriques

Comment savoir combien de fer (II) il y a dans un produit phytosanitaire, ou de diiode dans une bouteille de Bétadine ? On le fait réagir intégralement avec une espèce dont on connaît la concentration, et la couleur trahit le moment où tout est consommé.

À la fin de ce chapitre, tu sauras :

distinguer réactif titré et réactif titrant ;

identifier les critères d'une réaction support de titrage ;

repérer l'équivalence par changement de couleur ;

établir la relation à l'équivalence à partir d'un tableau d'avancement ;

calculer la concentration inconnue du réactif titré.

Dosage par titrage : vocabulaire

Un dosage est une technique permettant de déterminer la concentration d'une espèce dissoute. Tu en connais déjà un : le dosage par étalonnage avec un spectrophotomètre (chap. Beer-Lambert).

Dosage par titrage Un dosage par titrage détermine la concentration d'une espèce en la faisant réagir avec une autre espèce, dont on connaît la concentration.

Différence majeure avec l'étalonnage Un titrage est destructif : l'espèce à doser est consommée par la réaction, elle est perdue à la fin du dosage. À l'inverse, un dosage par étalonnage laisse l'échantillon intact.

Réactif titré L'espèce dont on cherche la concentration.

Contenu dans la solution titrée, placée dans l'erlenmeyer (ou bécher).

Réactif titrant L'espèce dont on connaît la concentration.

Contenu dans la solution titrante, placée dans la burette graduée.

La réaction support du titrage

Trois critères impératifs La réaction chimique servant au titrage est appelée réaction support du titrage. Elle doit être :

→ Totale : les réactifs sont entièrement consommés ( x_f = x_ ).

→ Rapide : la transformation est immédiate (à l'œil nu).

→ Unique : pas d'autres réactions parasites.

Pourquoi ces critères ?

Totale : pour qu'à l'équivalence, le réactif titré soit entièrement consommé.

Rapide : pour qu'on puisse repérer le changement de couleur précisément, sans attendre.

Unique : pour que la stœchiométrie soit prévisible.

L'équivalence : changement de réactif limitant

Au début du titrage, seul le réactif titré est présent dans l'erlenmeyer. À chaque ajout, le réactif titrant arrive en petite quantité : c'est lui le limitant, immédiatement consommé.

Avant l'équivalence. Le réactif titrant est limitant : sitôt versé, sitôt consommé. La quantité de réactif titré dans l'erlenmeyer diminue progressivement.

À l'équivalence. On a ajouté juste assez de titrant pour consommer l'intégralité du réactif titré. Plus aucun des deux n'est en excès : ils sont introduits dans les proportions stœchiométriques.

Après l'équivalence. Il n'y a plus de réactif titré pour consommer le titrant. Le titrant s'accumule dans l'erlenmeyer : c'est lui qui est désormais en excès, et le titré est devenu limitant (épuisé).

Équivalence L'équivalence est le moment du titrage où il y a changement de réactif limitant. À cet instant précis, les deux réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques.

Repérage colorimétrique de l'équivalence

Dans un titrage colorimétrique, l'équivalence se repère par un changement de couleur dans l'erlenmeyer (le bécher). Deux cas se présentent :

Cas 1 : réactif titré coloré La couleur disparaît progressivement à mesure qu'on verse le titrant. L'équivalence est atteinte quand la coloration a entièrement disparu.

Exemple : titrage du diiode brun de la Bétadine par les ions thiosulfate incolores.

Cas 2 : réactif titrant coloré Le titrant coloré disparaît dès qu'il arrive (réagit avec le titré, qui est limitant). L'erlenmeyer reste incolore. À l'équivalence : la goutte suivante reste dans l'erlenmeyer (le titré est épuisé), la couleur persiste.

Exemple : titrage des ions fer (II) incolores par les ions permanganate violets.

Vigilance Le changement de couleur a lieu dans l'erlenmeyer, pas dans la burette. Et il faut souvent une seule goutte supplémentaire pour faire basculer la couleur, d'où la précision de la burette graduée.

Exploitation : tableau à l'équivalence

Pour la réaction support modélisée par :

a A + b B → c C + d D où A est le réactif titré ( n_i,A initialement) et B le réactif titrant ( n_B,versé ajouté à l'équivalence) :

État a A b B c C d D Initial n_i,A Équivalence x_éq n_i,A - a x_éq n_B,versé - b x_éq c x_éq d x_éq

À l'équivalence, A et B sont tous deux nuls (proportions stœchiométriques) :

n_i,A - a x_éq = 0 n_B,versé - b x_éq = 0 D'où :

x_éq = (n_i,A)/(a) = (n_B,versé)/(b)

La relation à connaître

Relation à l'équivalence (n_i,A)/(a) = (n_B,versé)/(b)

En remplaçant les quantités de matière par n = C × V :

(C_1 V_1)/(a) = (C_2 V_éq)/(b) C_1, V_1 concentration inconnue et volume du titré C_2, V_éq

concentration connue et volume versé à l'équivalence du titrant D'où la concentration inconnue :

C_1 = (a)/(b) × (C_2 V_éq)/(V_1) Le rapport a/b est crucial

Si a = b (proportions 1:1) on tombe sur C_1 V_1 = C_2 V_éq, mais ce n'est pas le cas général. Bien identifier les coefficients stœchiométriques de l'équation support est obligatoire.

Ce qu'il faut retenir

Titrage : on fait réagir l'espèce à doser (titré) avec une espèce de concentration connue (titrant).

Réaction support : totale, rapide, unique.

Équivalence : changement de réactif limitant. À cet instant, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques.

Repérage colorimétrique : disparition de la couleur (titré coloré) ou apparition d'une couleur persistante (titrant coloré).

Relation à l'équivalence : (n_i,titré)/(a) = (n_titrant versé)/(b) d'où C_1 = (a)/(b) · (C_2 V_éq)/(V_1).