La titolazione acido-base è un metodo di analisi volumetrica usato per determinare la concentrazione chimica di un acido o di una base incognita mediante reazione di neutralizzazione con una soluzione titolante di concentrazione nota. È una procedura fondamentale in chimica generale, controllo qualità, analisi ambientale, industria alimentare, trattamento acque e laboratori didattici.
L’idea operativa è semplice: si preleva un volume noto di soluzione incognita, si aggiunge gradualmente il titolante da una buretta e si individua il punto in cui la quantità chimica aggiunta è stechiometricamente equivalente alla quantità presente nel campione.
Punto equivalente e punto finale
Il punto equivalente è il punto teorico in cui reagente titolante e analita sono presenti in rapporto stechiometrico esatto. Il punto finale è invece il punto osservato sperimentalmente, per esempio tramite viraggio di un indicatore o variazione brusca del pH misurata con pHmetro.
Una titolazione ben progettata rende punto finale e punto equivalente il più possibile vicini, ma non sono concetti identici. La differenza tra i due introduce l’errore di titolazione.
Per una neutralizzazione generale, al punto equivalente vale:
dove:
- C_A e C_B sono le concentrazioni di acido e base;
- V_A e V_B sono i volumi effettivamente reagiti;
- z_A è il numero di protoni cedibili per unità formula dell’acido;
- z_B è il numero di ioni idrossido o protoni accettabili per unità formula della base.
Per un acido monoprotico e una base monoidrossido:
Questa formula non è una regola universale separata dalla reazione: è una conseguenza della stechiometria. Prima di applicarla occorre scrivere la reazione bilanciata.
Acido forte e base forte
Nel caso di acido forte titolato con base forte, oppure base forte titolata con acido forte, la neutralizzazione è praticamente completa. Per un acido monoprotico forte HA titolato con una base forte BOH, prima del punto equivalente l’acido è in eccesso:
Dopo il punto equivalente è in eccesso la base:
A 25\,^\circ\text{C} si usa:
Al punto equivalente di una titolazione acido forte-base forte il pH è circa 7, perché il sale formato non idrolizza in modo apprezzabile. La curva di titolazione presenta un salto di pH molto netto, quindi molti indicatori possono funzionare se il loro intervallo di viraggio cade nella zona ripida.
Acido debole e base forte
Se si titola un acido debole con una base forte, la curva è diversa. Prima del punto equivalente si forma una soluzione tampone, perché coesistono acido debole e base coniugata. In questa regione è utile l’equazione di Henderson-Hasselbalch:
A metà equivalenza le concentrazioni di HA e A^- sono uguali, quindi:
Questo rende la titolazione un metodo pratico per stimare K_a di un acido debole. Al punto equivalente il pH è maggiore di 7, perché la base coniugata A^- idrolizza l’acqua producendo ioni OH^-.
Base debole e acido forte
Per una base debole titolata con acido forte accade il caso speculare. Prima dell’equivalenza si forma una coppia tampone base debole/acido coniugato; al punto equivalente il pH è minore di 7, perché l’acido coniugato idrolizza l’acqua. L’indicatore deve quindi virare in zona acida, non intorno alla neutralità.
Acidi poliprotici e normalità
Gli acidi poliprotici possono cedere più di un protone e possono mostrare più punti equivalenti se le costanti di dissociazione sono sufficientemente separate. Per esempio, un acido diprotico ideale può richiedere due equivalenti di base per mole:
In questi casi la normalità può essere comoda, ma va usata con cautela:
Il fattore z dipende dalla reazione considerata. La stessa sostanza può avere equivalenti diversi in neutralizzazioni, ossidoriduzioni o precipitazioni. Per questo nei calcoli moderni è spesso più chiaro lavorare direttamente con moli e coefficienti stechiometrici.
Scelta dell’indicatore ed errori comuni
L’indicatore si sceglie in modo che il suo intervallo di viraggio cada nel salto ripido della curva di titolazione. La fenolftaleina, per esempio, è adatta a molte titolazioni con punto equivalente basico; il metilarancio è più adatto a intervalli acidi. Quando il salto di pH è piccolo, come in alcune titolazioni tra acidi e basi deboli, il pHmetro può essere più affidabile dell’indicatore visivo.
Errori frequenti:
- usare la formula C_AV_A=C_BV_B senza controllare la stechiometria;
- confondere punto finale e punto equivalente;
- scegliere un indicatore con intervallo di viraggio inadatto;
- trascurare la diluizione nel calcolo del pH;
- ignorare l’idrolisi del sale al punto equivalente;
- leggere male il menisco in buretta o non eliminare bolle d’aria dalla punta.
La titolazione acido-base è quindi un procedimento semplice nella meccanica di laboratorio, ma ricco dal punto di vista chimico: concentra in un unico esperimento acidi e basi, pH, equilibrio chimico, stechiometria e misura sperimentale.
Vedi anche: Acidi e basi, pH, Concentrazione chimica, Soluzione tampone, Reagente limitante.