Il Coefficiente di Fugacità: una nuova prospettiva sulla Fugacità nei Sistemi Gassosi
La fugacità, una grandezza cruciale nell’analisi dei sistemi gassosi, rappresenta la deviazione dei gas reali rispetto a quelli ideali ed è misurata in pressione. In un sistema chiuso, l’energia libera di Gibbs è strettamente correlata a pressione e temperatura secondo l’equazione: dG = Vdp – SdT.
Quando il processo avviene a temperatura costante, l’equazione si semplifica in dG = Vdp. Utilizzando l’equazione di stato dei gas ideali V = nRT/p, dove n = 1, si ottiene dG = RT/p dp, che si traduce in dG = RT d ln p, valida solo per i gas ideali.
Approfondimento sulla Fugacità
Nel 1905, Lewis estese l’applicabilità di questa formula ai gas reali, introcendo il concetto di fugacità, una proprietà termodinamica nuova, che si esprime come dG = RT d ln f. Questa espressione sottolinea che la fugacità condivide la stessa unità di misura della pressione e per i gas ideali coincide con la pressione stessa.
Per le miscele gassose, l’espressione si traduce in dĜ = RT d ln fi, dove Ĝ rappresenta l’energia parziale molare di Gibbs e fi rappresenta la fugacità dell’i-esimo componente. Tale definizione può essere relazionata al potenziale chimico come d ln f = dμ/RT per una sostanza pura.
Il Coefficiente di Fugacità
Il coefficiente di fugacità (ϕ) è definito come il rapporto della fugacità rispetto al suo valore nello stato ideale. Pertanto, per le sostanze pure, ϕ= f/p. Quando si tratta di un componente in una miscela, il coefficiente diventa ϕi = fi/yip. Quando la sostanza si comporta in modo ideale, il coefficiente ha un valore unitario, rappresentando una misura della non idealità: più tende a uno, più ideale è il comportamento della sostanza.
La fugacità può essere considerata una funzione ausiliaria del potenziale chimico, e le definizioni date per la fugacità consentono di esprimere l’equilibrio anche in termini di fugacità. In questo contesto, le espressioni possono essere integrate per un cambiamento di stato da liquido a vapore in condizioni di saturazione, ottenendo: ∫lv d ln fi = 1 /RT ∫lv dμi.
L’analisi continua con l’equilibrio e l’uguaglianza delle fugacità e del potenziale chimico di ogni componente in ogni fase all’equilibrio. Se un’uguaglianza viene soddisfatta, l’altra lo sarà anche.
In conclusione, il concetto di fugacità e il coefficiente di fugacità aprono nuove prospettive nell’interpretazione dei comportamenti dei gas reali e nella comprensione dell’equilibrio termodinamico.