1. Qu'est-ce qu'un dosage direct ?

Un dosage (ou titrage) est une méthode expérimentale qui permet de déterminer la concentration inconnue d'une espèce chimique dissoute dans une solution, appelée solution titrée. Pour cela, on la fait réagir avec une solution de concentration connue avec précision, appelée solution titrante. Dans un dosage direct, la solution titrante est versée progressivement, à l'aide d'une burette graduée, directement dans la solution titrée, jusqu'à ce que la réaction entre les deux espèces soit achevée.

2. La réaction support du titrage

Pour qu'un dosage soit exploitable, la réaction chimique entre le réactif titrant et le réactif titré, appelée réaction support du titrage, doit vérifier trois conditions essentielles : elle doit être totale (les réactifs sont intégralement consommés), rapide (quasi instantanée, pour que l'ajout goutte à goutte soit interprétable) et unique (aucune réaction secondaire ne se produit en parallèle). On peut citer les réactions acido-basiques, comme $H_3{O}^{+}+H{O}^{-}\to 2H_{2}O$, et les réactions d'oxydoréduction, comme celle entre les ions permanganate $Mn{O}_4^{-}$ et les ions fer(II) $F{e}^{2+}$.

3. Réactif titrant et réactif titré

Le réactif titré est l'espèce dont on cherche la concentration $C$ inconnue ; son volume $V$ est fixé et prélevé avec précision, à la pipette jaugée, avant le début du dosage. Le réactif titrant est l'espèce de concentration connue $C_0$, placée dans une burette graduée et versée progressivement dans le bécher contenant le réactif titré, souvent complété par de l'eau distillée et placé sous agitation magnétique.

4. Notion d'équivalence

Au cours du versement, on atteint un instant particulier appelé équivalence : c'est le moment où les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques exactes de la réaction support du titrage. À l'équivalence, les deux réactifs sont totalement consommés (aucun n'est en excès), et le volume de solution titrante versé est appelé volume équivalent, noté $V_E$.

5. Relation à l'équivalence

Pour une réaction support d'équation générale $aA+bB\to produits$, où $A$ est le réactif titré et $B$ le réactif titrant, la condition d'équivalence relie les quantités de matière introduites :

$$\frac{n(A{)}_{initial}}{a}=\frac{n(B{)}_{vers\acute{e}\grave{a}{l}^{\prime }\acute{e}quivalence}}{b}$$

soit, en remplaçant chaque quantité de matière par le produit concentration $\times$ volume :

$$\frac{C\times V}{a}=\frac{C_0\times V_E}{b}$$

Lorsque $a=b=1$ (stœchiométrie 1:1), la relation se simplifie en $C\times V=C_0\times V_E$.

6. Repérage de l'équivalence par un indicateur coloré

Lorsque la réaction support ne s'accompagne d'aucun changement de couleur visible, on ajoute quelques gouttes d'un indicateur coloré adapté (par exemple la phénolphtaléine pour un dosage acido-basique) au réactif titré. La solution change brusquement de teinte au voisinage de l'équivalence : ce virage, persistant pendant au moins une dizaine de secondes, permet de repérer à l'œil le volume équivalent avec une précision suffisante.

7. Repérage de l'équivalence par suivi d'une grandeur physique

Une méthode plus précise consiste à suivre l'évolution d'une grandeur physique au cours du versement, comme le pH (suivi pH-métrique) ou la conductivité de la solution (suivi conductimétrique). On trace la courbe représentant cette grandeur en fonction du volume $V_B$ de solution titrante versé ; l'équivalence correspond au point d'inflexion de la courbe pH-métrique, repéré par la méthode des tangentes, ou au point de rupture de pente de la courbe conductimétrique.

8. Exploitation d'un titrage : calcul de la concentration inconnue

Une fois le volume équivalent $V_E$ déterminé, il suffit d'appliquer la relation à l'équivalence pour en déduire la concentration molaire inconnue $C$ du réactif titré, connaissant $C_0$, $V_E$, $V$ et les coefficients stœchiométriques $a$ et $b$ de la réaction support. On peut ensuite, si besoin, calculer la concentration massique correspondante $t=C\times M$, où $M$ est la masse molaire de l'espèce dosée.