Titratie

Niet te verwarren met Tetratie

Titratie is een oude maar nog steeds veel gebruikte manier om een bepaling uit te voeren in het laboratorium. Titratie maakt het mogelijk de concentratie van een stof in een oplossing te bepalen. Dit gebeurt door bij deze stof geleidelijk -meestal druppelsgewijs- een andere oplossing, een reagens dat hier dan titrant wordt genoemd, toe te voegen. De concentratie van de titrant is bekend. Er wordt net zolang titrant toegevoegd totdat alle te meten stof is omgezet (Karl Friedrich Mohr, 1855). De tak van de analytische scheikunde die zich bezighoudt met titraties wordt de titrimetrie of volumetrie genoemd.

De oplossing van de onbekende concentratie (de titer) moet daarbij voldoende snel reageren met de titrant volgens een bekende stoichiometrische verhouding.

Bij een titratie zijn de concentraties van de stoffen die reageren vrij gering. Het gaat dan niet om hele grammen stof per mL, maar eerder om milligrammen of millimol stof per mL. De reden dat de concentraties zo laag worden gehouden, is dat het niet nodig is om grote hoeveelheden stof te laten reageren, omdat het ook met kleine hoeveelheden kan. Ten tweede reageren sommige stoffen in hoge concentraties heftig met elkaar.

Het bekendste soort titratie is de directe titratie, meestal wordt deze gebruikt om de concentratie van - bijvoorbeeld - een zure of basische stof te controleren in een oplossing; men spreekt dan van een zuur-basetitratie. De reactie tussen de reagerende stoffen kan ook een redoxreactie zijn; de titratie is dan een redoxtitratie.

Als de concentratie van de titrant bekend is (vaak ongeveer 0,1 mol/L, de exacte concentratie wordt door een separate bepaling vastgesteld), kan men met de hoeveelheid titrant die nodig was om het equivalentiepunt te bereiken, het aantal mol of gram in de onbekende oplossing berekenen. Wanneer bijvoorbeeld een zuur met een base getitreerd wordt, geldt in het equivalentiepunt de formule: [zuur] × V_zuur = [base] × V_base . De formule in woorden: De molariteit van het zuur vermenigvuldigd met het volume aan zuur is gelijk aan de molariteit van de base vermenigvuldigd met het volume aan base. De formule geldt overigens alleen indien het zuur en de base dezelfde 'waardigheid' hebben, dus beide eenwaardig, tweewaardig of driewaardig zijn.

In de praktijk rekent men niet in zuur/base-molariteiten, maar in 'zuur/base-equivalenten'. Eén equivalent zuur (base) is een hoeveelheid zuur (base) die 1 mol H₃O⁺ (OH⁻) levert. Als het zuur (base) eenwaardig is, is dit dus gelijk aan 1 mol zuur (base); bij een tweewaardig zuur (base) is 1 equivalent gelijk aan 0,5 mol zuur (base). Op de voorraadfles schrijft men dan niet de molariteit (mol/L) van het zuur of de base, maar het aantal equivalenten per liter (eq/L). Op deze manier is dan niet meer van belang of de inhoud van de fles een eenwaardig of meerwaardig zuur (base) is. De bovengenoemde formule voor het equivalentiepunt wordt dan (eq/L zuur) × V_zuur = (eq/L base) × V_base en deze formule geldt altijd, ongeacht de 'waardigheid' van zuur en base. Het linker en rechter deel van de formule stellen in feite het aantal toegevoegde milli-equivalenten (meq) zuur resp. base voor (indien het volume in mL is), dus staat er eigenlijk meq _zuur = meq _base .

Het gebruik van (milli-)equivalent in plaats van (milli-)mol is vooral handig bij redoxtitraties, omdat in een halfreactie vaak meer dan één elektron per redoxdeeltje betrokken is (in zuur-basetermen uitgedrukt: de 'waardigheid' is vaak ongelijk aan 1). De formule voor het equivalentiepunt van een redoxtitratie is dan meq _ox = meq _red .

Het doel van de titratie is om het equivalentie- of omslagpunt te bepalen, dat wil zeggen dat punt waar alle stof met onbekende concentratie gereageerd heeft en het toegedruppelde reagens dus een overmaat begint te vormen. De titrant kan aan het monster worden toegevoegd met een glazen buret of met een automatische buret, maar in de afgelopen jaren heeft de automatische buret zoveel terrein gewonnen ten koste van de glazen buret dat de laatstgenoemde eigenlijk alleen nog op de laboratoriumschool gebruikt wordt.

Het omslagpunt kan op verschillende manieren bepaald worden. De klassieke vorm is het gebruik van een indicator. Dit is een stof die maar in geringe hoeveelheid toegevoegd wordt en aan de oplossing een kleur geeft die verandert bij het bereiken van het equivalentiepunt. Meestal wordt bij een directe zuur-base titratie een indicator gebruikt die een omslagpunt heeft bij een pH rond de 7, dit omdat het equivalentiepunt dan gemakkelijker te bepalen is.

Het is echter ook mogelijk dit langs andere, instrumentele weg te doen, bijvoorbeeld door een sterke verandering van de redoxpotentiaal van de oplossing waar te nemen. (potentiometrische titratie), met behulp van een verandering in de elektrische geleidbaarheid (conductometrische titratie of biamperometrische titratie) of in de geabsorbeerde hoeveelheid licht (fotometrische titratie).