Il diagramma di fase è un diagramma cartesiano riferito ad una sostanza o una miscela che rappresenta lo stato del sistema.
Se uniamo volumi uguali di n-ottano e acqua non avviene alcun mescolamento essendo il n-ottano immiscibile con l’acqua: si formeranno quindi due fasi distinte e separate in cui ciascuna fase ha lo stesso volume e la stessa composizione dei due liquidi iniziali.
In questo caso si parla di sostanze immiscibili di cui vi sono molti esempi. In generale due liquidi tendono ad essere immiscibili quando la forza di attrazione tra molecole uguali è molto maggiore rispetto alla forza di attrazione tra molecole diverse.
Se invece uniamo volumi uguali di etanolo e acqua non si noterà alcuna stratificazione e si otterrà una soluzione in quanto alcol e acqua sono totalmente miscibili.
Due liquidi sono parzialmente miscibili se unendo volumi uguali di ciascun liquido, come ad esempio acqua e fenolo, si ha una stratificazione tra i due liquidi ovvero si ottengono due fasi distinte aventi tuttavia volumi diversi rispetto ai volumi inizialmente presenti. Ad esempio mescolando acqua e alcuni acidi organici si stratificano due strati ciascuno dei quali contiene acqua e acido ma uno strato è più ricco di acqua mentre l’altro è più ricco di acido. Le due fasi liquide in equilibrio l’una con l’altra vengono dette fasi coniugate e la differenza di composizione è detta gap di miscibilità.
Diagramma
Un sistema binario che presenta due fasi ha due gradi di libertà e, a una data temperatura e pressione ogni fase coniugata ha una composizione definita. Per rappresentare il fenomeno della miscibilità parziale ci si avvale di un diagramma di fase in cui viene riportata in ascissa la composizione della miscela abitualmente espressa come frazione molare e sulle asse delle ordinate la temperatura. Nelle regioni in cui i due liquidi sono parzialmente miscibili l’energia di mescolamento di Gibbs è maggiore di zero. Il gap di miscibilità diminuisce all’aumentare della temperatura fino a giungere a una temperatura critica alla quale i due liquidi sono miscibili e compare una sola fase
Consideriamo, ad esempio il diagramma di fase del componente A (metilacetato) e del componente B ( solfuro di carbonio) e supponiamo che la miscela sia costituita da 6.0 moli del componente A e da 4.0 moli del componente B. La frazione molare del componente B è quindi pari a zB = 4.0/ 6.0 + 4.0 = 0.40. Immaginiamo di studiare il comportamento della miscela a 200 K. Tracciamo la parallela all’asse delle ascisse corrispondente alla temperatura fissata; tale retta intercetta la curva in 2 punti detti b e c.
Tracciando due segmenti paralleli rispetto all’asse delle ordinate e perpendicolari rispetto all’asse delle ascisse dal punto a e dal punto b essi rispettivamente la intercettano in due punti a cui corrispondono le due fasi liquide in cui la frazione molare del solfuro di carbonio è pari a 0.20 e a 0.92.
Poiché il solfuro di carbonio è più denso rispetto al metilacetato esso tenderà a stratificarsi verso il basso pertanto questo strato è quello più ricco di solforo di carbonio mentre l’altro è più ricco di metilacetato.