Lotność (gaz)

Ten artykuł od 2012-10 wymaga zweryfikowania podanych informacji. Należy podać wiarygodne źródła, najlepiej w formie przypisów bibliograficznych. Część lub nawet wszystkie informacje w artykule mogą być nieprawdziwe. Jako pozbawione źródeł mogą zostać zakwestionowane i usunięte. Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tego artykułu. Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu.

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:

${\displaystyle f=\phi p,}$

gdzie:

${\displaystyle f}$ – lotność (aktywność ciśnieniowa),

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

${\displaystyle p}$ – ciśnienie.

Lotność jest definiowana poprzez potencjał chemiczny ${\displaystyle \mu {:}}$

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

gdzie:

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

${\displaystyle p^{\circ }}$ – ciśnienie standardowe,

${\displaystyle R}$ – uniwersalna stała gazowa,

${\displaystyle T}$ – temperatura.

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

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

gdzie ${\displaystyle Z={\frac {pV_{m}}{RT}}}$ – uprzednio zmierzony współczynnik ściśliwości gazu.

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

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

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

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

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