Lotność (gaz)

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:

$f=\phi p,$

gdzie:

$f$ – lotność (aktywność ciśnieniowa),

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

$p$ – 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 $\phi$ z poniższej zależności całkowej, na podstawie danych eksperymentalnych – po pomnożeniu przez ciśnienie $p_{x}$ otrzymamy lotność $f{:}$

$\ln \phi =\int \limits _{0}^{p_{x}}{\frac {Z-1}{p}}dp,$

gdzie $Z={\frac {pV_{m}}{RT}}$ – uprzednio zmierzony 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 $Z(p),$ na przykład współczynniki wirialnego równania stanu gazu $B',C',D'\dots ,$ wówczas po scałkowaniu otrzymamy prostą zależność algebraiczną:

$\ln \phi =B'p+{\tfrac {1}{2}}C'p^{2}+{\tfrac {1}{3}}D'p^{3}+\dots$

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.