Fugacità — ingegnerismo.it

La fugacità $f$ è la pressione efficace che permette di esprimere il potenziale chimico di un gas reale con una forma analoga a quella del gas ideale.

\mu=\mu^\circ+RT\ln\dfrac{f}{P^\circ}.

Qui $P^\circ$ è la pressione standard e il rapporto $f/P^\circ$ è adimensionale.

Coefficiente di fugacità

La fugacità si scrive tramite il coefficiente di fugacità $\phi$ :

f=\phi P.

Nel limite di bassa pressione:

\phi\to 1 \qquad f\to P.

Per un componente in miscela si usa spesso:

f_i=\phi_i y_i P,

dove $y_i$ è la frazione molare in fase gas.

Perché serve

Nei gas ideali il potenziale chimico dipende dalla pressione parziale. Nei gas reali, attrazioni intermolecolari e volume escluso alterano la relazione tra pressione e tendenza chimica alla fuga dalla fase. La fugacità corregge questa non idealità.

Situazione	Effetto
bassa pressione	$\displaystyle f\simeq P$
alta pressione	$\displaystyle f$ può differire sensibilmente da $P$
vicino al punto critico	deviazioni dall’idealità marcate
equilibrio di fase	uguaglianza delle fugacità tra fasi

Equilibrio di fase

Per un componente puro in equilibrio tra due fasi $\alpha$ e $\beta$ :

f^\alpha=f^\beta.

Per miscele, la condizione si applica alla fugacità di ciascun componente:

f_i^\alpha=f_i^\beta.

Questo è il modo operativo con cui la termodinamica dei gas reali entra nei calcoli di evaporazione, condensazione, separazioni e processi ad alta pressione.

Errori comuni

Confondere fugacità e pressione: coincidono solo nel limite ideale.
Inserire una pressione dimensionale direttamente nel logaritmo senza rapporto a uno stato standard.
Usare $\phi=1$ vicino al punto critico o ad alta pressione senza verifica.
Pensare che la fugacità sia una nuova forza fisica: è una grandezza termodinamica efficace.

Vedi anche: coefficiente di fugacità, potenziale chimico, attività chimica, gas reali, equazione di van der Waals.