Analisi volumetrica comprende i metodi analitici in cui la quantità di una specie ricercata viene determinata misurando il volume di una soluzione richiesta per fare reagire quantitativamente la soluzione con la sostanza in esame. Il reagente a concentrazione nota è detto titolante o soluzione standard, mentre il reagente incognito è detto titolato. Il processo di analisi è detto titolazione. Il punto di equivalenza viene definito il punto in cui il numero di equivalenti del titolante aggiunto è pari a quelle della sostanza titolata.
Le reazioni utilizzate nell'analisi volumetrica sono di due tipi:
In pratica si hanno quattro
classi di metodi volumetrici che si differenziano tra di loro per la reazione
specifica, l'indicatore usato e la natura dello standard:
· Reazioni acidimetriche e alcalimetriche, in cui si ha la reazione acido base secondo Lowry-Bronsted (neutralizzazione tra gli ioni idronio e ossidrili per formare acqua). Si dicono titolazioni acidimetriche quelle in cui la soluzione standard ha comportamento acido, alcalimetriche quelle in cui la soluzione standard o titolante si comporta da base. Per questo tipo di reazione spesso si usa il termine neutralizzazione che però può indurre in errore perché a volte l'equivalenza stechiometrica non corrisponde alla neutralità della soluzione.
· Reazioni per precipitazione, in cui si ha la combinazione di ioni per dare un composto insolubile (es: formazione sali insolubili).
· Reazioni per complessazione, in cui si ha la combinazione tra varie specie per formarne una di tipo complesso stabile e solubile.
· Reazioni di ossidoriduzione, in cui si ha trasferimento di elettroni tra le specie reagenti. Le soluzioni titolanti si comportano da ossidanti o da riducenti e, a seconda del reattivo usato, prendono nomi diversi, quali: Permanganometria, cerimetria, bicromatometria, iodimetria, iodometria ecc.
Una reazione chimica comunque per essere utilizzata in analisi volumetrica deve presentare i seguenti requisiti:
· avere una velocità di reazione elevata;
· avere una stechiometria di reazione ben nota; in particolare non si devono avere reazioni secondarie;
· essere quantitativa ossia avere una costante di equilibrio elevata;
· avere una proprietà chimica o fisica che varia significativamente al punto di equivalenza.
Per ogni reazione deve esistere
un indicatore che, attraverso la variazione di colore, metta in evidenza il
punto di equivalenza. Il punto di equivalenza in mancanza di un indicatore,
sostanza che indica visivamente la fine di titolazione, viene individuato
sperimentalmente attraverso misure di proprietà fisiche quali la conducibilità,
il pH, la forza elettromotrice di una pila ecc.
Le titolazioni tecnicamente si realizzano attraverso due metodi: titolazioni dirette e titolazioni indirette o per ritorno, dette anche retro-titolazioni.
Le prime consistono nell'aggiunta diretta del titolante alla soluzione da titolare fino al punto finale; le seconde nell'aggiunta di titolante in eccesso, eccesso che viene determinato con una titolazione. Per quanto riguarda l'eccesso è opportuno eseguire una prova preliminare per stabilire approssimativamente la quantità che garantisca un basso errore nella lettura del volume.
L'andamento di una titolazione può essere rappresentato da un grafico, detto curva di titolazione, ottenuto riportando sull’ascissa il volume del titolante aggiunto e sull’ordinata il logaritmo della concentrazione della specie titolata o di una grandezza ad essa proporzionale.
Quando, in vicinanza del punto di equivalenza, una piccola aggiunta di titolante provoca una variazione brusca (di almeno 2‑3 unità) della grandezza riportata sull’ordinata (pH, pCl, pMe, ecc.), la curva di titolazione permette di individuare graficamente il punto di fine titolazione o equivalenza.
CALCOLI NELL'ANALISI VOLUMETRICA
Nell'analisi volumetrica la concentrazione viene espressa di solito in normalità (eq/l), cioè come numero di equivalenti di soluto contenuti in un litro di soluzione.
Si ricorda che Peso equivalente = Peso molare / n° H3O+ ( o e-) scambiati nella reazione.