Dosages et titrages

Dosages et titrages

Un dosage consiste à déterminer la concentration d'une espèce chimique dans une solution. Le titrage est un dosage par réaction chimique entre l'espèce à doser (le titré) et une solution de concentration connue (le titrant).

1. Principes généraux

• Équivalence : instant où les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques.
• Relation à l'équivalence : $C_A V_A = C_B V_B$ (dans le cas 1:1).
• Le titrage doit être rapide, total (K > 10⁴) et univoque.

2. Titrages acido-basiques

Réaction : $H_3O^+ + HO^- \rightarrow 2\ H_2O$ (K ≈ 10¹⁴).

Suivi :

• Colorimétrique : indicateur coloré dont la zone de virage encadre le pH d'équivalence (BBT, phénolphtaléine, hélianthine).
• pH-métrique : courbe pH = f(V), équivalence au point d'inflexion (méthode des tangentes ou dérivée $\text{d}pH/\text{d}V$).

Cas fréquents :

• Acide fort / base forte : $pH_{eq} = 7$.
• Acide faible / base forte : $pH_{eq} > 7$ (au demi-équivalence : $pH = pK_a$).
• Polyacide : plusieurs sauts.

3. Titrages d'oxydoréduction

Exemple emblématique : dosage du fer II par le permanganate en milieu acide.

$MnO_4^- + 5\ Fe^{2+} + 8\ H^+ \rightarrow Mn^{2+} + 5\ Fe^{3+} + 4\ H_2O$

• Suivi colorimétrique : la première goutte en excès de $MnO_4^-$ (violet) marque l'équivalence.
• Suivi potentiométrique : électrode de platine + électrode de référence.

4. Titrages conductimétriques

On mesure la conductivité $\sigma$ (en S·m⁻¹) qui varie linéairement de part et d'autre de l'équivalence. Deux droites, intersection = équivalence.

Utile quand :

• pas d'indicateur adapté,
• solutions colorées ou troubles,
• ions à mobilités très différentes (ex : $H_3O^+$ ou $HO^-$ très mobiles).

5. Titrages spectrophotométriques

Mesure de l'absorbance A à une longueur d'onde donnée. Loi de Beer-Lambert :

$A = \varepsilon \cdot \ell \cdot C$

Applications : dosage du diiode, colorants alimentaires, complexes colorés (Fe³⁺/SCN⁻).

6. Sources d'erreur et incertitudes

• Précision de la verrerie : pipette jaugée classe A (± 0,05 mL), burette (± 0,05 mL).
• Étalonnage du pH-mètre (solutions tampons pH 4, 7, 10).
• Pureté du titrant.
• Lecture du volume équivalent (méthode des tangentes vs dérivée).

Expression d'un résultat : $C = (0{,}102 \pm 0{,}002)\ \text{mol·L}^{-1}$ ; incertitude relative en %.

7. Applications industrielles / laboratoire

• Contrôle qualité : acidité d'un vin, dureté d'une eau, taux d'alcool.
• Pharmacie : dosage principe actif (vitamine C, aspirine).
• Environnement : DCO, DBO₅, nitrates.
• Automatisation : titrateurs automatiques Metrohm, Mettler.

À retenir

Choisir un titrage, c'est choisir la réaction (acide-base, redox, précipitation, complexation) et le suivi le plus adapté (colorimétrique, pHmétrique, conductimétrique, spectrophotométrique) selon la nature de la solution.