miscele di liquidi parzialmente miscibili

Un idrolato di interesse farmaceutico è il fenolo liquido (esiste anche il fenolo anidro solido) che a 20 ºC, forma una soluzione all'85% in acqua. Questa soluzione presenta (v. figura a destra) lacune di miscibilità.
Il comportamento di questa soluzione, si spiega come segue: per esempio, a 50 ºC e pressione atmosferica, l'acqua solubilizza l'11% di fenolo (punto b nel diagramma); a sua volta, il fenolo solubilizza il 37% di acqua (punto c nel diagramma).

Se all'acqua contenuta in una provetta (punto a in figura) si aggiunge lentamente fenolo, questo si scioglie in acqua fino a costituire l'11% della soluzione (punto b); ulteriori aggiunte di fenolo si depositano sul fondo (il fenolo è leggermente più denso dell'acqua) in quanto la solubilità massima è stata raggiunta (punti d, e, f).
Tuttavia, l'acqua è a sua volta solubile in fenolo (fino al 37%), e quindi una parte dello strato acquoso sovrastante passa in soluzione nel fenolo.

Ad ogni aggiunta di fenolo aumenterà lo strato sottostante e diminuirà lo strato d'acqua sovrastante, ma le due concentrazioni rimangono sempre costanti perché sono sempre costituite da fenolo saturo di acqua e da acqua satura di fenolo (a quella temperatura). In altre parole, la solubilità dell'acqua in fenolo è sempre del 37%, ma via che aumenta la quantità di fenolo, in termini assoluti aumenta la quantità di acqua che si solubilzza nel fenolo fino ad ottenere un sistema monofasico (punto c).

alla scomparsa dell'ultima frazione dello strato acquoso (punto c), si ottiene una soluzione di acqua in fenolo (37%)

Riassumendo: nel punto b e c avremo un'unica soluzione; nei punti d, e, f, avremo separazione della soluzione in due strati, dove quello più denso è depositato sul fondo. Pertanto, è evidente che si possono avere due soluzioni distinte (acqua fenolo, fenolo/acqua), oppure due soluzioni stratificate dove le percentuali minima e massima per le quali esistono i due strati (da 11% a 37% di fenolo) che definiscono a 50 ºC i limiti della lacuna di miscibilità. Questi limiti variano con la temperatura e, oltrre un certo valore di questa (temperatura critica si soluzione) si ha completa miscibilità in qualsiasi proporzione.

Per quanto riguarda i valori delle concentrazioni, c, riportate sulle ascisse, è necessaria una precisazione:

• quando c è riferita ad un'unica fase (punti b, c), i valori di c rappresentano delle concentrazioni;
• quando c è riferita ad un sistema bifasico (punti f, d, e), i valori di c rappresentano delle composizioni.

di séguito è riassunto visivamente e numericamente quanto discusso. 50 ml di acqua satura con fenolo, contengono 5,5 ml di fenolo disciolto. Infatti la solubilità del fenolo in acqua è 11% , e dunque 50 · 0,11 = 5,5 ml di fenolo aggiungendo 20 ml di fenolo, questo si stratificherà sul fondo, dove, per diffusione, inizierà a solubilizzare un volume di acqua pari al 37% del proprio volume: 20 · 0,37 = 7,4 ml sul fondo è depositato uno strato di 27,4 ml di fenolo saturato con acqua. I 37,1 ml di acqua residua (44,5 - 7,4) solubilizzano l'11% di fenolo: 37,1 · 0,11 = 4 ml. Poiché in soluzione sono presenti 5,5 ml di fenolo, la soluzione è sovrassatura ed il fenolo in eccesso (5,5 - 4) migra per diffusione nello strato sottostante. alla fine del processo, la soluzione acquosa è satura di fenolo, lo strato di fenolo è saturo di acqua (per semplicità si è trascurata l'ulteriore frazione di acqua che può essere solubilizzata dagli ulteriori 1,5 ml di fenolo aggiunti ai precedenti 27,4 ml)

Per completezza, occorre ricordare l'esistenza miscele di liquidi che presentano due temperature critiche di miscibilità, una superiore e l'altra inferiore.
Per esempio, nel diagramma qualitativo a fianco, si vede che la coppia nicotina/acqua presenta una lacuna di miscibilità fra le temperature comprese fra 60 e 210 °C . Questo significa che al di sotto ed al di sopra di queste temperature, la nicotina e l'acqua sono completamente miscibili.

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Marcello Guidotti, copyright 2004
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