Diagramma di fase di due liquidi parzialmente miscibili: interpretazione
Un sistema chimico può essere classificato come omogeneo se è composto da una sostanza pura o da un insieme di sostanze distribuite in un’unica fase. Al contrario, un sistema è considerato eterogeneo se le sostanze sono presenti in diverse fasi di aggregazione.
Una fase di un sistema è una porzione di materia le cui proprietà macroscopiche sono uniformi in ogni parte, senza discontinuità. Alcuni sistemi liquido-liquido, come ad esempio l’acetone e il solfuro di carbonio, sono solo parzialmente miscibili a basse temperature, formando due fasi a determinate composizioni.
Descrizione del diagramma di fase
Il diagramma di fase di due liquidi parzialmente miscibili rappresenta la temperatura sull’asse delle ordinate e la composizione del sistema sull’asse delle ascisse, generalmente espressa in termini di frazione molare a una data pressione, tipicamente p = 1 atm.
Un esempio di diagramma di fase di due liquidi parzialmente miscibili è presentato di seguito:
[Immagine del diagramma]
Supponendo che i due liquidi siano A e B, sull’asse delle ascisse è riportata la frazione molare di uno dei due liquidi, ad esempio la frazione molare di B.
Interpretazione del diagramma
Quando la frazione molare di B è uguale a zero, il sistema è costituito solo dal liquido A a una certa temperatura T. Aggiungendo una piccola quantità di B, il sistema rimane in una sola fase. Se ulteriori quantità di B vengono aggiunte, si raggiunge un punto in cui il liquido B non si miscela più e il sistema è costituito da due fasi in equilibrio, con la fase A satura di B e la fase B satura di A.
Le composizioni delle due fasi a equilibrio sono date rispettivamente dai punti Φ’ e Φ’’. A temperature alte, il sistema forma una fase singola omogenea dove i due liquidi sono completamente miscibili. Questi sistemi presentano una temperatura critica superiore, oltre la quale il sistema è miscibile in tutte le proporzioni.
Temperatura critica inferiore
Non tutti i sistemi mostrano una temperatura critica superiore. Alcuni sistemi hanno una temperatura critica inferiore al di sotto della quale sono miscibili in tutte le proporzioni e al di sopra della quale possono formare due fasi.
Questo comportamento è giustificato dalla formazione di un debole complesso tra i due liquidi a basse temperature, che aumenta la miscibilità. Tuttavia, ad alte temperature, tale complesso si rompe e il sistema può trovare in due fasi separate.
Lacuna di miscibilità
Alcuni sistemi, come l’acqua e la nicotina, presentano sia una temperatura critica superiore che una temperatura critica inferiore. A basse temperature, interagiscono per formare un debole complesso, stabilizzando la soluzione. A temperature intermedie, la soluzione si separa in due fasi distinte, creando una lacuna di miscibilità.
In conclusione, il diagramma di fase di due liquidi parzialmente miscibili fornisce importanti informazioni sull’equilibrio tra le fasi in questi sistemi complessi e sulle variazioni di composizione e temperatura che si verificano durante la miscelazione.