Le titrage acide-base est l’une des techniques les plus anciennes et les plus fiables de chimie analytique pour déterminer une concentration inconnue. On ajoute avec précision une solution de concentration connue à un volume mesuré de la solution inconnue jusqu’à la fin de la réaction ; un simple calcul de proportion révèle alors le résultat. Cet article explique le point d’équivalence, la relation classique MₐVₐ = MᵦVᵦ, la correction du rapport molaire nécessaire pour les acides et bases polyprotiques, ainsi que les sources d’erreur pratiques qui distinguent un bon titrage d’un excellent titrage.
Le point d’équivalence, et non le changement de couleur
Tout titrage comporte deux moments distincts qu’il est facile de confondre : le point d’équivalence, où les quantités de titrant ajoutées correspondent exactement à celles de l’espèce à doser, compte tenu de la stœchiométrie, et le point final, moment où l’indicateur change visiblement de couleur. Un indicateur bien choisi vire très près du point d’équivalence ; en pratique, le volume mesuré au point final sert donc d’approximation. Le calcul — Cₐ = Cₜ Vₜ × ratio / Vₐ — suppose que le volume lu correspond à la véritable équivalence. Il est donc essentiel de choisir un indicateur dont la plage de virage du pH correspond au pH attendu à l’équivalence.
Origine de la relation MₐVₐ = MᵦVᵦ
Dans une réaction simple entre un acide monoprotique et une base monoprotique (HA + BOH → BA + H₂O), une mole d’acide réagit exactement avec une mole de base. Comme le nombre de moles est égal à la concentration multipliée par le volume, les moles d’acide valent MₐVₐ et celles de base MᵦVᵦ. À l’équivalence, ces quantités sont égales : MₐVₐ = MᵦVᵦ. Il s’agit simplement de l’équation avec rapport molaire ci-dessus lorsque ratio = 1. Elle fonctionne avec toute unité de volume cohérente — les mL se simplifient avec les mL — à condition que les deux volumes soient exprimés dans la même unité et les deux concentrations selon la même échelle de molarité.
Lorsque le rapport molaire n’est pas de 1:1
De nombreux acides et bases courants sont polyprotiques : chaque molécule peut céder ou capter plusieurs protons. L’acide sulfurique (H₂SO₄) et l’acide oxalique (H₂C₂O₄) sont diprotiques ; l’acide phosphorique (H₃PO₄) est triprotique. Lorsqu’un acide diprotique est titré par une base monoprotique, chaque mole d’acide consomme deux moles de base. La formule simpliste de rapport 1:1 surestime donc la concentration de l’acide d’un facteur deux si le calcul ne tient pas compte de ce rapport. L’onglet Rapport molaire permet de saisir directement le rapport espèce dosée:titrant donné par l’équation équilibrée : 0.5 pour un acide diprotique titré par une base monoprotique, 2 pour une base diprotique titrée par un acide monoprotique, et ainsi de suite pour les espèces triprotiques.
Anticiper le volume de titrant nécessaire
Un calcul de titrage ne se fait pas uniquement après l’expérience. Pour préparer une série de titrages ou vérifier qu’une burette contient assez de solution titrante, le chimiste doit souvent calculer dans l’autre sens : quel volume de titrant permettra d’atteindre l’équivalence si la concentration et le volume de l’espèce à doser sont connus ou visés ? En réarrangeant l’équation d’équivalence, Vₜ = Cₐ Vₐ / (Cₜ × ratio), on obtient directement la réponse. L’onglet Calcul du volume effectue cette opération sans qu’il soit nécessaire de réarranger l’équation à la main.
Sources d’erreur dans les titrages réels
Le calcul est exact, mais un titrage réel comporte des incertitudes de mesure. Les erreurs les plus fréquentes sont une lecture imprécise du ménisque dans la burette, le dépassement du point final (ajout de titrant après le virage réel), le choix d’un indicateur dont la plage de virage ne correspond pas bien au pH d’équivalence et une concentration de titrant préparée avec imprécision. De bonnes pratiques de laboratoire — étalonner le titrant à l’aide d’un étalon primaire, choisir un indicateur adapté et ralentir l’ajout près du point final attendu — maintiennent le volume mesuré suffisamment proche du volume réel à l’équivalence pour que le résultat du calculateur soit fiable.