Fino ad ora, i metodi di cui abbiamo discusso per misurare l’idrogeno disciolto si sono concentrati solo su misurazioni utilizzando vari tipi di dispositivi elettrici. Tuttavia, dovremmo studiare un altro metodo semplice e comprovato per misurare l’idrogeno gassoso disciolto utilizzando un reagente di titolazione redox.
Cos'è la titolazione?
Quando i chimici si trovano di fronte a una soluzione contenente una quantità sconosciuta di un composto o gas disciolto, spesso viene eseguita una titolazione per determinare il livello della concentrazione sconosciuta.
La titolazione viene comunemente utilizzata per misurare proprietà quali pH, cloro o ossigeno disciolto nell'acqua.
Una titolazione comporta l'aggiunta lenta di piccole quantità precise (gocce) di una soluzione a concentrazione nota (titolante) a una quantità precisa di un campione da analizzare (circa 6 ml) contenente una concentrazione sconosciuta del soluto fino a quando non si verifica un'indicazione (come un cambiamento di colore) ) è presente che la titolazione è completa.
Questo è chiamato “punto finale della titolazione” e, in base alla quantità di titolante aggiunta per raggiungere il punto finale, è possibile determinare la concentrazione sconosciuta del soluto nella soluzione.
Informazioni sul reagente redox, comunemente utilizzato per rilevare l'idrogeno disciolto
Quando si seleziona il reagente redox come indicatore da utilizzare con un particolare soluto, è necessario prestare attenzione per garantire che reagisca con il soluto in questione.
Perché nel nostro caso, poiché vogliamo misurare l'idrogeno gassoso, è necessario un composto che sappiamo reagirà alle condizioni previste di temperatura, pH, ecc. e che ci darà segni visibili sia della presenza di H2 che del raggiungimento di fornirà il punto finale della titolazione.
Una buona scelta per misurare l’idrogeno disciolto è il blu di metilene (MB), una polvere verde scuro che, come l’etanolo, diventa blu intenso quando disciolta in un solvente.
Il MB è utilizzato in medicina come colorante biologico per tessuti e come agente per il trattamento di varie malattie.
Come agente ossidante, è noto che il MB disciolto in un solvente vettore (in presenza di un catalizzatore di platino) reagisce con l'idrogeno molecolare.
Il prodotto finale della reazione è la forma chiara di MB, vale a dire blu di leucometilene (LeukoMB), come segue:
Come mostra l'equazione 8, il blu di metilene (MB) è un liquido blu nel suo stato iniziale e reagisce con H2 per formare blu di leucometilene (LeukoMB), la forma ridotta di MB. Poiché questa forma di MB è “chiara” quando disciolta in acqua, soddisfa il requisito che il titolante fornisca un’“indicazione visibile” della presenza del nostro soluto H2.
I due diagrammi strutturali in Figura 15 mostrano sia la forma ossidata che quella ridotta della molecola MB:
Come puoi vedere, l'unica differenza tra le due molecole è l'aggiunta dei due atomi di idrogeno (in rosso) nel diagramma in basso, che sono legati alla molecola MB durante la reazione.
Questi atomi provengono dalla molecola di idrogeno, che inizialmente consiste di due atomi di idrogeno (H2) legati insieme.
Durante la reazione, l'H2 si divide (sotto l'influenza del catalizzatore al platino) in due atomi di idrogeno (H), che poi si agganciano alla molecola MB in due punti diversi.
Pertanto, quando il reagente blu di metilene viene aggiunto al campione contenente gas H2 disciolto, le molecole di H2 vengono “consumate” quando reagiscono con MB. Man mano che vengono aggiunte più gocce, tutto l'H2 nel campione finirà per esaurirsi. A questo punto, ogni goccia di titolante aggiunta rimarrà colorata di blu, indicando che il punto finale della titolazione è stato raggiunto. Vale anche la pena notare che esiste una corrispondenza biunivoca nella reazione tra le molecole H2 e MB e ciascuna molecola MB consuma una molecola H2 (due atomi di idrogeno).
Pertanto, conoscendo i pesi molecolari di ciascuna molecola, diventa facile progettare un reagente che consumi una quantità nota di H2 disciolto per goccia (1 goccia corrisponde tipicamente a 0,1 mg/L di H2 disciolto).
Ciò ci consente di aggiungere il numero totale di gocce necessarie affinché tutto l'H2 nel campione da testare venga consumato (punto finale della titolazione) per determinare la concentrazione di H2 disciolto. Come con molte altre reazioni redox, la reazione tra H2 e MB ha una bassa sensibilità al pH agli estremi della scala del pH (l'intervallo consigliato per il campione di prova è compreso tra 4 e 10 pH). Tuttavia, poiché questo metodo non si basa sulla misurazione del potenziale redox, come con un dispositivo basato su ORP, la risposta sensibile al pH del reagente è marginale all’interno del probabile intervallo di pH della maggior parte, se non di tutta, l’acqua potabile con idrogeno. Un popolare titolante blu di metilene come H2 blue® offre agli utenti un metodo semplice, affidabile ed economico per determinare con precisione il gas idrogeno disciolto.
Estratto dal libro di Randy Sharpe: "La relazione tra H2 disciolto, pH e potenziale redox"
