Titolazione termometrica: il pezzo mancante del puzzle
26 ott 2020
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La titolazione è una tecnica di analisi consolidata insegnata a tutti gli studenti di chimica. Viene eseguito in quasi tutti i laboratori analitici sia come titolazione manuale, titolazione fotometrica, o titolazione potenziometrica. In questo post del blog, vorrei presentare un ulteriore tipo di titolazione che potresti non aver mai sentito parlare prima, la titolazione termometrica, che può essere considerata il pezzo mancante del puzzle della titolazione.
Qui, ho intenzione di trattare i seguenti argomenti:
- Che cos'è la titolazione termometrica?
- Perché considerare la titolazione termometrica?
- Esempi pratici di applicazione
Che cos'è la titolazione termometrica?
A prima vista, la titolazione termometrica (TET) sembra una normale titolazione e non vedrai molta (o nessuna) differenza da una breve distanza. Le differenze rispetto alla titolazione potenziometrica sono nei dettagli.
TET si basa sul principio di variazione di entalpia (ΔH). Ogni reazione chimica è associata ad una variazione di entalpia che a sua volta provoca una variazione di temperatura. Durante una titolazione, anche l'analita e il titolante reagiscono esotermicamente (aumento della temperatura) o endotermicamente (diminuzione della temperatura).
Durante una titolazione termometrica, il titolante viene aggiunto a una velocità costante e viene misurata la variazione di temperatura causata dalla reazione tra analita e titolante. Tracciando la temperatura rispetto al volume di titolante aggiunto, il punto finale può essere determinato da un'interruzione all'interno della curva di titolazione.La Figura 1 mostra curve di titolazione termometriche idealizzate per situazioni sia esotermiche che endotermiche.
Cosa succede durante una titolazione termometrica?
Durante una reazione di titolazione esotermica, la temperatura aumenta con l'aggiunta del titolante finché l'analita è ancora presente. Quando tutto l'analita è consumato, la temperatura diminuisce nuovamente man mano che la soluzione si equilibra con la temperatura atmosferica e/o a causa della diluizione della soluzione con il titolante (Figura 1, grafico a sinistra). Questa diminuzione della temperatura si traduce in un punto finale esotermico.
Al contrario, per una reazione di titolazione endotermica, la temperatura diminuisce con l'aggiunta del titolante finché l'analita è ancora disponibile. Quando tutto l'analita è consumato, la temperatura si stabilizza o aumenta nuovamente man mano che la soluzione si equilibra con la temperatura atmosferica e/o a causa della diluizione della soluzione con il titolante (Figura 1, grafico a destra). Questa diminuzione della temperatura si traduce in un punto finale endotermico.
Per la titolazione non è quindi necessario conoscere la temperatura assoluta, isolare il recipiente di titolazione o termostatare il recipiente di titolazione.
Per misurare le piccole variazioni di temperatura durante la titolazione, è necessario un termistore a risposta molto rapida con una risoluzione elevata. Questi sensori sono in grado di misurare differenze di temperatura inferiori a 0,001 °C, e consentono di rilevare un punto di misura ogni 0,3 secondi (figura 2).
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Se vuoi saperne di più sulla teoria alla base del TET, allora scarica la nostra monografia completa gratuita sulla titolazione termometrica.
Perché considerare la titolazione termometrica?
La titolazione potenziometrica e fotometrica sono già ben consolidate come tecniche di titolazione strumentale, quindi perché si dovrebbe considerare invece la titolazione termometrica?
TET presenta gli stessi vantaggi di qualsiasi tecnica di titolazione strumentale:
- Analisi economiche: Gli strumenti di titolazione sono economici da acquistare e non hanno costi di gestione e manutenzione elevati rispetto ad altri strumenti per l'analisi elementare (ad es. HPLC o ICP-MS).
- Metodo assoluto: La titolazione è un metodo assoluto, il che significa che non è necessario calibrare frequentemente il sistema.
- Uso versatile: La titolazione è un metodo universale, che può essere utilizzato per determinare molti analiti diversi in vari settori.
- Facile da automatizzare: La titolazione può essere facilmente automatizzata, aumentando la riproducibilità e l'efficienza nel tuo laboratorio.
Scopri ulteriori informazioni su come l'automazione delle titolazioni può aiutare il carico di lavoro del tuo laboratorio nel nostro precedente articolo del blog.
Perché considerare l'automazione, anche per semplici titolazioni
Rispetto alla titolazione strumentale classica, la titolazione termometrica presenta numerosi vantaggi aggiuntivi:
- Titolazioni veloci: Grazie alla costante aggiunta di titolante, le titolazioni termometriche sono molto veloci. In genere, una titolazione termometrica richiede 2-3 minuti.
- Sensore singolo: Indipendentemente dalla reazione di titolazione (ad es. acido-base, redox, precipitazione, …), è possibile utilizzare lo stesso sensore (sonda termica) per tutte.
- Sensore esente da manutenzione: Inoltre, il Thermoprobe è esente da manutenzione. Non richiede calibrazione o riempimento di elettroliti e può essere semplicemente conservato asciutto.
- Meno solvente: Tipicamente, le titolazioni termometriche utilizzano 30 ml di solvente o anche meno. La piccola quantità di solvente assicura che la diluizione sia ridotta al minimo e che le variazioni di entalpia possano essere rilevate in modo affidabile. Come vantaggio collaterale, vengono prodotti meno rifiuti.
- Possibili titolazioni aggiuntive: Poiché la variazione di entalpia è universale per qualsiasi reazione chimica, la titolazione termometrica non è vincolata alla ricerca di un indicatore di colore o di un elettrodo di indicazione adatto. Ciò consente la possibilità di titolazioni aggiuntive che non possono essere coperte da altri tipi di titolazioni.
- Preparazione del campione più semplice: Poiché TET utilizza concentrazioni di titolanti più elevate, è possibile utilizzare campioni di dimensioni maggiori, riducendo gli errori di pesata e di diluizione. Anche le noiose fasi di preparazione del campione come la filtrazione possono essere omesse.
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Esempi pratici di applicazione
In questa sezione mostrerò alcuni esempi pratici in cui è possibile applicare il TET.
Numero acido e numero base
Il numero di acido (AN) e il numero di base (BN) sono due parametri chiave nell'industria petrolifera. Sono determinati mediante una titolazione acido-base non acquosa utilizzando rispettivamente KOH o HClO4 come titolante.
Durante tali determinazioni, gli acidi molto deboli (per l'analisi AN) e le basi (per l'analisi BN) vengono titolati con solo piccole variazioni di entalpia. Utilizzando un indicatore catalitico, questi acidi e basi deboli possono anche essere determinati mediante TET.
ASTM D8045 descrive l'analisi dell'AN mediante titolazione termometrica. I vantaggi di eseguire questa titolazione sono:
- Meno solvente (30 ml invece di 60 o 120 ml), il che significa meno sprechi
- Titolazione veloce (1–3 minuti)
- Nessun condizionamento del sensore
Se desideri saperne di più sulla correlazione tra i risultati della determinazione dell'AN secondo ASTM D8045 in relazione con ASTM D664, scarica il nostro White Paper gratuito e la nostra Brochure qui di seguito.
Per informazioni più dettagliate sulla titolazione stessa, scarica i seguenti Application Bulletin gratuiti.
AB-405: Determinazione del numero base totale nei prodotti petroliferi
Sodio
Utilizzando la titolazione convenzionale, il contenuto di sale negli alimenti viene generalmente determinato in base esclusivamente al contenuto di cloruri. Tuttavia, gli alimenti di solito contengono fonti aggiuntive di sodio, ad es. glutammato monosodico (noto anche come «MSG»). Con TET diventa possibile titolare direttamente il sodio, e quindi determinare a buon mercato il vero contenuto di sodio negli alimenti, come previsto in diversi paesi.
Se desideri saperne di più sulla determinazione del sodio, guarda il nostro video Metrohm Lab Cast :
Per informazioni più dettagliate sulla titolazione stessa, scarica l'Application Bulletin gratuito qui.
AB-298: Determinazione automatizzata del sodio in vari alimenti con 859 Titrotherm
Analisi del fertilizzante
I fertilizzanti sono costituiti da vari nutrienti, tra cui fosforo, azoto e potassio, che sono importanti per la crescita delle piante. TET consente l'analisi di questi nutrienti utilizzando le classiche reazioni gravimetriche come base per la titolazione (ad es. precipitazione di solfato con bario). Ciò consente una determinazione rapida, senza dover attendere ore per un risultato, come con le procedure convenzionali basate sull'essiccazione e la pesatura del precipitato.
Nutrienti
che possono essere analizzati da TET includono:
- Fosfato
- Potassio
- Azoto ammoniacale
- Azoto ureico
- Solfato
Vuoi saperne di più sull'analisi dei fertilizzanti con titolazione termometrica? Scarica il nostro White paper gratuito di seguito su questo argomento.
Per informazioni più dettagliate sulle diverse applicazioni di fertilizzanti, consulta Metrohm Application Finder:
Metrohm Application Finder: applicazioni TET per fertilizzanti
Composti metallo-organici
I composti metallo-organici, come i reagenti di Grignard o composti di butil litio, vengono utilizzati per sintetizzare ingredienti farmaceutici attivi (API) o produrre polimeri come il polibutadiene. Con TET è possibile eseguire l'analisi di queste specie sensibili in modo rapido e affidabile titolando sotto gas inerte con 2-butanolo.
Se vuoi saperne di più su questo argomento, dai un'occhiata alla nostra Application Note gratuita corrispondente.
Determinazione dei composti metallorganici
Questi erano solo alcuni esempi delle possibilità della titolazione termometrica per dimostrarne l'uso versatile. Per una selezione più dettagliata, dai un'occhiata al nostro Application Finder.
Riassunto:
- TET è un metodo di titolazione alternativo basato sulla variazione di entalpia
- Un Thermoprobe veloce e sensibile viene utilizzato per determinare i punti finali esotermici ed endotermici
- La titolazione termometrica è una tecnica di analisi veloce che fornisce risultati in meno di 3 minuti
- La titolazione termometrica può essere utilizzata per varie analisi, tra cui titolazioni che non possono essere eseguite diversamente (es. determinazione del sodio)
Spero che questa panoramica ti abbia dato un'idea migliore sulla titolazione termometrica – il pezzo mancante del puzzle della titolazione.
