Lotność (gaz)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

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

f = \varphi p \,

gdzie:

f – lotność (aktywność ciśnieniowa)
\phi – współczynnik lotności (współczynnik aktywności gazu); dla gazu doskonałego \phi = 1
p – ciśnienie.

Lotność jest definiowana poprzez potencjał chemiczny μ:

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

gdzie:

μ° – standardowy potencjał chemiczny
p° – ciśnienie standardowe
R – uniwersalna stała gazowa
Ttemperatura.

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

\ln \varphi = \int\limits_{0}^{p_{x}} \frac{Z-1}{p} dp

gdzie Z = \frac{p V_{m}}{R T} – mierzony eksperymentalnie współczynnik ściśliwości gazu.

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

Jeżeli znana jest postać algebraiczna zależności Z(p), np. współczynniki wirialnego równania stanu gazu B', C', D' ..., wówczas po scałkowaniu otrzymamy prostą zależność algebraiczną:

\ln \phi = B'p + \begin{matrix}\frac{1}{2}\end{matrix}C'p^{2} + \begin{matrix}\frac{1}{3}\end{matrix} D'p^{3} + ...

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

  • \phi < 1 – przeważają siły międzycząsteczkowego przyciągania
  • \phi = 1 – gaz zachowuje się podobnie do gazu doskonałego
  • \phi > 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.