Titrage colorimétrique

La solution titrée contient l’espèce dont on cherche la quantité ou la concentration. Un volume précis de cette solution est prélevé, puis placé dans le récipient de réaction. La solution titrante contient le réactif de concentration connue ; elle est ajoutée à l’aide d’une burette. Le volume lu sur la burette décrit le volume versé, à déterminer à partir des lectures initiale et finale. Le volume de solution titrée est une autre grandeur, mesurée séparément.

La réaction support doit être suffisamment rapide, totale dans les conditions choisies et sélective pour l’espèce étudiée. Ces qualités permettent de relier la quantité de titrant ajoutée à la quantité consommée d’espèce titrée. Si une autre espèce réagit aussi, le volume utilisé ne représente plus uniquement la cible. Une méthode de titrage exige donc une préparation et des conditions définies, pas seulement deux solutions qui changent de couleur lorsqu’on les mélange.

Nous étudions le titrage d’ions Fe²⁺ par des ions permanganate MnO₄⁻ en milieu acide. L’équation fournie est MnO₄⁻ + 5 Fe²⁺ + 8 H⁺ → Mn²⁺ + 5 Fe³⁺ + 4 H₂O. Les ions H⁺ sont apportés en quantité suffisante selon le protocole. Les proportions utiles relient une mole de permanganate à cinq moles de Fe²⁺. Les protections, l’acidification et les déchets relèvent des consignes du laboratoire.

Avant l’équivalence, l’espèce titrée est encore présente en excès par rapport au titrant déjà ajouté. Chaque petite quantité de titrant peut être entièrement consommée par la réaction. À l’équivalence, les quantités introduites respectent exactement le rapport de l’équation. Après l’équivalence, l’espèce titrée a été épuisée dans le modèle, et une partie du titrant ajouté reste dans le milieu. Le changement de réactif limitant constitue la signification chimique du repère.

Ces graphiques correspondent à un prélèvement contenant 1,25 mmol de Fe²⁺ et à un titrant de concentration 0,0200 mol·L⁻¹. Chaque millilitre de titrant apporte 0,0200 mmol de MnO₄⁻, capable de consommer 0,100 mmol de Fe²⁺. Ils représentent les quantités après réaction pour chaque volume ajouté. La quantité introduite de permanganate, elle, augmente dès le début ; il ne faut pas la confondre avec la quantité restante.

Les ions permanganate sont fortement colorés, tandis que les ions Mn²⁺ sont très peu colorés dans les conditions usuelles de ce titrage. Avant l’équivalence, la coloration d’une goutte de titrant disparaît après mélange et réaction. Lorsque le titrant devient légèrement excédentaire, une teinte rose ou violette persistante peut apparaître. Ce repère expérimental est voisin de l’équivalence ; il correspond en pratique à un petit excès nécessaire pour rendre le changement visible.

Pour une équation aA + bB → produits, avec A titré et B titrant, l’équivalence vérifie n₀(A)/a = nversé(B)/b. Si les concentrations sont exprimées en mol·L⁻¹ et les volumes en L, les quantités valent cAVₐ et cBVₑ. La relation devient cAVₐ/a = cBVₑ/b. Ce sont les coefficients de l’équation qui décident du rapport, et non une règle universelle disant que les quantités sont égales.

L’ajout d’un peu d’eau dans le récipient, lorsqu’il est prévu par le protocole, ne change pas la quantité d’espèce titrée contenue dans le prélèvement. Il ne modifie donc pas le volume équivalent dans le modèle idéal, si la réaction reste adaptée aux nouvelles conditions. La concentration dans le récipient diminue, mais la quantité à consommer reste la même. Le calcul vise la concentration de la solution prélevée, pas celle du mélange après tous les ajouts.

Une manipulation fiable commence par des verreries adaptées et propres. La burette est préparée selon le protocole, notamment pour éviter une dilution involontaire du titrant et éliminer les bulles dans la partie de sortie. Le prélèvement se fait avec une pipette adaptée et son dispositif d’aspiration. On lit les volumes à hauteur correcte, on mélange pendant l’ajout et on ralentit à proximité du changement attendu. Les gestes précis sont montrés et encadrés en séance.

Un premier essai peut repérer approximativement la zone de virage. Un nouvel essai sur un nouveau prélèvement permet ensuite de travailler plus finement autour de cette zone. Les volumes retenus et les observations sont consignés. Si deux essais diffèrent nettement, il faut rechercher une cause avant de calculer une moyenne : bulle, dépassement du repère, prélèvement différent ou lecture incorrecte. Répéter n’efface pas un défaut systématique de méthode.

Il faut distinguer l’équivalence théorique et le point de repérage visuel. Le changement observé peut être décalé par une goutte de trop, une agitation insuffisante ou une couleur de fond gênante. La précision du résultat dépend aussi des volumes et de la concentration du titrant. Le compte rendu présente ces limites sans inventer une incertitude. Une méthode colorimétrique n’est pas adaptée si le changement attendu ne peut pas être distingué correctement.

Pour poursuivre, compare ce dosage chimique à l’étalonnage par absorbance. Le hub Exercices du site donne accès à l’espace S’entraîner.