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Le titrage conductimétrique, également appelé titrage de conductivité, est une méthode analytique basée sur le changement de conductivité lors de l'ajout d'un réactif de titrage. Le changement de conductivité de la solution est mesuré après chaque ajout de titrant. Cette mesure est effectuée à l'aide d'un capteur de conductivité. Les principes, les avantages et quelques exemples du titrage conductimétrique sont présentés dans cet article de blog.
Introduction
Diverses industries, y compris les secteurs alimentaire et pétrochimique, utilisent les titrages par conductivité. Cette méthode permet de déterminer des paramètres dans des échantillons qui sont souvent difficiles à quantifier avec d'autres approches de titrage. Le titrage conductimétrique offre une solution précieuse à ces défis analytiques.
Le titrage conductimétrique peut être utilisé dans les situations suivantes :
- Titrages acide-base : aqueux et non aqueux
- Titrages de précipitation : Cl-, Br-, I-, SO42-, R–S–R, R–SH
- Titrages complexométriques
Qu'est-ce que le titrage conductométrique ?
La méthode analytique basée sur le changement de conductivité d'une solution lors de l'ajout d'un titrant est appelée titrage conductométrique.
La conductivité globale d'un échantillon est égale à la somme des conductivités des différents ions dissociés dans la solution de mesure. Au cours du titrage, la conductivité change en raison de l'ajout du réactif de titrage et de la réaction entre le réactif de titrage et l'analyte. Le point final du titrage est indiqué par une rupture dans la courbe de titrage. Des exemples sont présentés plus loin dans l'article.
Pour plus d'informations sur la détermination des points finaux, lisez notre article de blog ici.
Quel est le processus d'un titrage conductométrique ?
Le titrage de conductivité est un titrage monotone à point final. Cela signifie que le réactif de titrage est ajouté par incréments de volume fixes.
L'exécution de cette tâche implique l'utilisation d'un agitateur magnétique ou aérien, d'une pointe de dosage et du capteur de conductivité. Une considération importante lors de l'exécution de titrages de conductivité est un temps de réponse rapide du capteur (voir la section sur les capteurs pour les titrages de conductivité pour plus d'informations).
Pour tous les capteurs dotés d'un manchon amovible, les manchons sont enlevés. En outre, l'agitation est réglée à une vitesse élevée. La limitation de la vitesse d'agitation est qu'il ne doit pas y avoir d'entrée d'air dans l'échantillon. Les bulles d'air sur le capteur entraînent un signal instable.
Le Logiciel OMNIS de Metrohm évalue les courbes typiques de titrage de la conductivité telles que mesurées par le capteur de conductivité dans la solution.
La conductivité varie pour chaque espèce ionique
Les ions H+ et OH- présentent tous deux une conductivité ionique élevée. Les ions eux-mêmes ne se déplacent pas, mais transportent un proton ou une lacune de proton par l'intermédiaire de la liaison hydrogène (figure 1). Par conséquent, les ions oxonium et les ions hydroxyde ont une conductivité ionique beaucoup plus élevée que la plupart des autres ions.
Compter les ions
Prenons l'exemple d'un titrage conductométrique de l'acide chlorhydrique avec de l'hydroxyde de sodium. L'équation de la réaction chimique est la suivante :
L'acide chlorhydrique, qui est un acide fort, se dissocie complètement dans l'eau. L'hydroxyde de sodium, une base forte, se dissocie également complètement dans l'eau. Comme indiqué précédemment, la conductivité mesurée est la somme de tous les ions dissociés dans les solutions. Pour obtenir la valeur de la conductivité d'un échantillon, calculez la concentration des ions et leurs constantes de dissociation à l'aide de la formule de conductivité molaire de chaque ion.
Comme le montre la figure 2, de nombreux ions H+ et Cl- sont présents au début du titrage (à gauche). La concentration des ions Cl- ne change pas pendant la durée du titrage. La présence des ions chlorure contribue à la conductivité globale mais reste inchangée pendant le titrage.
L'hydroxyde de sodium est ensuite ajouté à l'échantillon. Cette opération introduit des ions Na+ dans l'échantillon, ce qui augmente sa conductivité. La quantité d'ions sodium augmente continuellement au cours du titrage. Les ions hydroxydes du NaOH ont également un effet. Les ions OH- neutralisent les ions hydronium, formant de l'eau comme le montre l'équation ci-dessus.
La valeur de la conductivité diminue de manière significative lorsque les ions hydronium sont exclus de la conductivité totale. La conductivité la plus faible est observée au point final du titrage lorsqu'aucun ion hydronium ou hydroxyde n'est présent (figure 2, au centre).
IImmédiatement après le point final, la conductivité augmente à nouveau fortement. Lorsque l'on ajoute de l'hydroxyde de sodium, on obtient des ions OH- qui ne réagissent plus avec les ions hydronium (puisqu'il n'y en a plus).
Les trois exemples suivants expliquent différentes situations couramment rencontrées lors de la réalisation de titrages acido-basiques conductimétriques : titrage d'un acide fort avec une base forte, titrage d'un acide fort avec une base faible, et titrage d'un acide faible avec une base forte
Il s'agit d'une courbe de titrage conductométrique typique d'un acide fort titré par une base forte. La diminution de la conductivité au fur et à mesure que les ions H+ sont neutralisés suit l'explication donnée dans la section précédente. Une fois le point final atteint (minimum de conductivité), les ions OH- provenant de l'excès de base contribuent à la conductivité globale, ce qui fait remonter la courbe.
Titrage conductimétrique d'un acide fort avec une base faible
Dans cet exemple, un acide fort (par exemple, l'acide chlorhydrique, HCl) est titré avec une base faible (par exemple, l'ammoniac, NH3).
Au départ, la conductivité de la solution est élevée parce que l'acide fort est entièrement dissocié. L'ajout de la base faible déclenche une réaction qui forme des ions ammonium (NH4+). Comme la base faible continue à réagir avec les ions H+, la conductivité de la solution diminue progressivement. Cela est dû au fait que la conductivité molaire de NH4+ est beaucoup plus faible que celle de H+.
Le point d'équivalence se produit lorsque tous les ions hydrogène libres sont neutralisés. Ensuite, la conductivité augmente à nouveau progressivement car le réactif de titrage de la base faible ne subit qu'une dissociation partielle.
Titrage par conductivité d'un acide faible avec une base forte
Dans ce cas, le titrage d'un acide faible (par exemple, l'acide acétique, CH3COOH) est effectué avec une base forte (par exemple, l'hydroxyde de sodium, NaOH).
Au début du titrage, la conductivité de la solution est faible. Cela s'explique par le fait que l'acide faible ne se dissocie pas complètement. Lorsqu'une base forte comme l'hydroxyde de sodium est ajoutée, une réaction se produit avec l'acide acétique non dissocié pour former de l'eau. La libération d'ions sodium et acétate augmente la conductivité.
Le point d'équivalence est atteint lorsque l'acide acétique a complètement réagi avec l'hydroxyde de sodium. Dès lors, la conductivité augmente considérablement à partir des ions hydroxyde (contribution principale) et des ions sodium (contribution mineure) après l'ajout d'hydroxyde de sodium.
La conductivité molaire est la conductivité électrique d'un ion entièrement dissocié par rapport à la molarité. Comme chaque type d'ion conduit l'électricité différemment, la conductivité molaire est une caractéristique unique de chacun d'entre eux (tableau 1).
Tableau 1. Conductivité molaire de différents ions à dilution infinie.
Capteurs pour les titrages de conductivité
Le paramètre le plus important à prendre en compte lors de la sélection d'un capteur pour le titrage de conductivité est son temps de réponse. Comme nous nous intéressons à la variation de la conductivité, la valeur absolue de la mesure n'a pas beaucoup d'importance.
C'est pourquoi, la Cellule de mesure de la conductivité à 4 fils c = 0,5 cm-1 avec Pt1000(Figure 3, gauche ) etg la Cellule de mesure de la conductivité à 5 anneaux c = 0,7 cm-1 avec Pt1000 (Figure 3, droite) de Metrohm sont les plus appropriés. Le manchon du capteur à 5 anneaux est retiré avant la mesure.
Les deux capteurs sont idéaux pour le titrage conductométrique - ils sont très durables et exceptionnellement robustes.
Avantages du titrage conductométrique
Le titrage par conductivité présente plusieurs avantages. Tout d'abord, aucun indicateur de couleur n'est nécessaire et il est donc possible de titrer des échantillons colorés et troubles. Deuxièmement, un seul capteur peut être utilisé pour tous les titrages. Troisièmement, même les acides faibles peuvent être titrés puisque cette méthode donne des points finaux précis pour ces types d'échantillons, comme le montre l'exemple ci-dessus.
Avantages du titrage conductométrique
- Manipulation aisée
- Électrode sans entretien
- Pas d'électrode de référence nécessaire
- Aucun indicateur n'est nécessaire
- Possibilité de titrer des solutions très diluées jusqu'à 0,001 mol/L
Le titrage conductimétrique dans OMNIS est simple à réaliser. En fonction de la réaction, l'utilisateur peut facilement ajuster les paramètres de titrage pour obtenir des résultats fiables.
Si une courbe est difficile à évaluer, OMNIS offre aux utilisateurs une boîte à outils complète. Le logiciel permet d'ajouter des tangentes optimales (lignes droites) à la courbe. Les utilisateurs peuvent également établir une fenêtre de mesure pour déterminer la zone spécifique où le point final doit être identifié. Cette zone peut être ajustée de manière flexible, tant pour la conductivité que pour le volume.
Conclusion
Dans l'ensemble, le titrage par conductivité est une méthode analytique précieuse pour déterminer la concentration des composés ioniques dans les solutions. Elle offre une alternative rapide et précise aux méthodes de titrage conventionnelles et permet d'examiner le contenu ionique de nombreux échantillons.
Il offre également certains avantages par rapport au titrage potentiométrique classique. Le capteur de conductivité présente une grande durabilité, ne nécessite pas de préconditionnement et peut être nettoyé sans effort à l'aide d'un chiffon. Le capteur ne nécessite aucun entretien. Comme les ions impliqués dans la réaction sont mesurés directement, il n'est pas nécessaire d'utiliser un indicateur.
Le logiciel OMNIS de Metrohm améliore l'efficacité et la précision du titrage conductométrique.
L'utilisateur dispose d'un contrôle et d'une précision ultimes sur l'analyse grâce à des fonctions telles que le lissage, la définition de la plage linéaire, l'ajustement des facteurs de pondération et l'évaluation flexible des points finaux. Cette capacité garantit une exécution fiable des titrages de conductivité et l'acquisition de résultats précis. Le logiciel OMNIS est donc une solution précieuse pour les laboratoires qui souhaitent effectuer des titrages conductométriques.
