Lotność (gaz)

Szablon:Dopracować Lotność, aktywność ciśnieniowa, fugatywność – termodynamicznie efektywne ciśnienie (lub ciśnienie cząstkowe) gazu. Gaz rzeczywisty wykazuje ciśnienie inne niż wynikające z praw gazu doskonałego (dla którego lotność jest równa ciśnieniu). Stosunek lotności i ciśnienia to współczynnik lotności (współczynnik aktywności ciśnieniowej), który może być zarówno większy, jak i mniejszy od jedności:

$f=\varphi p,$

gdzie:

$f$ – lotność (aktywność ciśnieniowa),

$\varphi$ – współczynnik lotności; dla gazu doskonałego $\varphi =1,$

$p$ – ciśnienie.

Lotność jest definiowana poprzez potencjał chemiczny $\mu :$

$\mu ={\mu }^o+RT\ln \left(\frac{f}{p^o}\right),$

gdzie:

${\mu }^{\circ }$ – standardowy potencjał chemiczny,

$p^{\circ }$ – ciśnienie standardowe,

$R$ – uniwersalna stała gazowa,

$T$ – temperatura.

Doświadczalne wyznaczenie lotności $f$ odpowiadającej ciśnieniu $p_x$ polega na obliczeniu współczynnika lotności $\varphi$ z poniższej zależności całkowej, na podstawie danych eksperymentalnych – po pomnożeniu przez ciśnienie $p_x$ otrzymamy lotność $f:$

$\ln \varphi =\underset{0}{\overset{p_x}{\int }}\frac{Z-1}{p}dp,$

gdzie $Z=\frac{p{V}_m}{RT}$ – uprzednio zmierzony współczynnik ściśliwości gazu.

Jak łatwo zauważyć, dla gazu doskonałego $(Z=1)$ dostaniemy zawsze $\ln \varphi =0,$ skąd $\varphi =1$ oraz $f=p.$

Jeżeli znana jest postać algebraiczna zależności $Z(p),$ na przykład współczynniki wirialnego równania stanu gazu $B^{\prime },C^{\prime },D^{\prime }\dots ,$ wówczas po scałkowaniu otrzymamy prostą zależność algebraiczną:

$\ln \varphi =B^{\prime }p+\frac{1}{2}{C}^{\prime }{p}^2+\frac{1}{3}{D}^{\prime }{p}^3+\dots$

Analizując wartość współczynnika lotności, można określić charakter odchyleń od doskonałości dla danego gazu:

• $\varphi <1$ – przeważają siły międzycząsteczkowego przyciągania,
• $\varphi =1$ – gaz zachowuje się podobnie do gazu doskonałego,
• $\varphi >1$ – przeważa międzycząsteczkowe odpychanie.

Aby móc prawidłowo analizować równowagi chemiczne przy wysokich ciśnieniach oraz gęstościach (warunki interesujące w zastosowaniach technologicznych), należałoby w miejsce ciśnień składników gazowych używać ich lotności.