Fugacitás

A fugacitás (f, [kPa]) olyan mennyiség, mellyel a nyomást helyettesítve az ideális gázok kémiai potenciáljának számítására szolgáló összefüggésben, reális gázokra érvényes összefüggést kapunk. Párhuzam vonható a reális oldatok koncentráció helyett aktivitással való jellemzésével.

Egy reális gáz fugacitását formálisan a kémiai potenciál és az ideális gáz nyomása közötti kapcsolatot leíró egyenlettel analóg összefüggéssel definiáljuk.

A (μ) kémiai potenciált általában parciális moláris szabadentalpiaként definiálják. Ez azonban bármely tiszta anyag esetén a moláris szabadentalpiával egyenlő, (T) hőmérséklettől és (P) nyomástól való függését pedig a ${\displaystyle {d\mu }=dG=-SdT+VdP}$ egyenlet írja le. Állandó hőmérsékleten ez a kifejezés ${\displaystyle P}$ függvényében integrálható. Ki kell jelölni továbbá egy referencia állapotot is. Ideális gáz esetén ez csak a nyomástól függ, melyet ${\displaystyle P}$ = 1 barban rögzítünk, így

${\displaystyle \int _{\mu ^{\circ }}^{\mu }{d\mu }=\int _{P^{\circ }}^{P}{{\bar {V}}dP}}$

Ekkor ideális gázra ${\displaystyle {\bar {V}}={\frac {RT}{P}}}$

${\displaystyle \mu -\mu ^{\circ }=\int _{P^{\circ }}^{P}{{\frac {RT}{P}}dP}=RT\ln {\frac {P}{P^{\circ }}}}$

Ezt átrendezve kapjuk:

${\displaystyle \mu =\mu ^{\circ }+RT\ln {\frac {P}{P^{\circ }}}}$

A fenti kifejezés adja meg egy ideális gáz kémiai potenciálját izoterm folyamatra, ${\displaystyle P}$ = 1 bar referencia állapot esetén.

Reális gáz esetében a ${\displaystyle \int _{P^{\circ }}^{P}{{\bar {V}}dP}}$ integrál nem számítható ki, mivel a reális gáz moláris térfogata nem írható le egyszerű kifejezéssel. Még közelítő kifejezés – például a van der Waals-egyenlet, a Redlich–Kwong vagy más állapotegyenlet – alkalmazásakor is komolyan behatárolná a használhatóságot az anyagi minőségtől való függés.

A kémiai potenciál matematikai értelemben ráadásul nem viselkedik szépen: a nyomás nullához közeledésével negatív végtelenhez tart, ami problémákat okoz a tényleges számítások elvégzésekor.

Kívánatos, hogy a reális gázok kémiai potenciálját leíró kifejezés hasonló legyen az ideális gázokéhoz. Ehhez definiálni lehet egy mennyiséget, a fugacitást, melynek segítségével a reális gázok kémiai potenciálja az alábbi módon írható le:

${\displaystyle \mu =\mu ^{\circ }+RT\ln {\frac {f}{f^{\circ }}}}$

A fenti alak a definíció szokásos formája, de f is kifejezhető:

${\displaystyle f={f^{\circ }}\exp \left({\frac {\mu -\mu ^{\circ }}{RT}}\right)}$

Ez a szócikk részben vagy egészben a Fugacity című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Ez a kémiai tárgyú lap egyelőre csonk (erősen hiányos). Segíts te is, hogy igazi szócikk lehessen belőle!