Termodinámica de SolucionesFugacidad y Coeficiente de Fugacidad

República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada

Autores:Ever GonzálezLuis MarrufoHeberto VivasTutor: Ing. Williams H.Ing. Petroquímica “B”

Fugacidad

El concepto de Fugacidad fue

introducido por el Químico

estadounidense Gilbert Lewis en

su obra “La presión Osmótica en las soluciones concentradas y las leyes de las

soluciones perfectas”

Se define fugacidad (f) de un componente gaseoso en una

mezcla como una medida de la

presión parcial real de ese

componente y se define como:

Fi= λi pi

Es decir, como una desviación de la idealidad (representada por la presión

parcial. Relacionada a través de una coeficiente de fugacidad (λi)

Fugacidad

Se ha demostrado que la “actividad” de una mezcla de

gases es igual a la fugacidad, es decir la fugacidad representaría

una “tendencia de

escape” del componente en la mezcla, tiene unidades de presión (bar) y su potencial

químico será:

En condiciones ideales, el coeficiente de fugacidad es

unitario, y la fufacidad es igual a la presión parcial.

Fugacidad en la Industria

Fugacidad de Oxígeno (f O2) DE una magma (del orden de 10-17 bares).

Fugacidad de agua (f H2O) de un magma.

Fugacidad de azufre (f O2) de un fluido

hidrotermal.

En Petrología, en general se utiliza el

término “fugacidad” para

expresar la presión parcial o

“contenido” de un determinado componente gaseoso en magmas o soluciones

hidrotermales:Por ejemplo:

Definición a partir de la energía libre de Gibbs.

La fugacidad se define para tratar sustancias de una forma similar a la que usamos con gases ideales. Más que una magnitud física es una variable artificial con la que facilitamos el tratamiento de sustancias reales. En un gas ideal se cumple:

 Dónde g es la energía libre de gibbs específica; T la temperatura; P la presión; PU una presión de referencia, en principio arbitraria pero que suele tomarse como 1 bar y * usado para indicar que se trata de un gas ideal.

Definición a partir de la energía libre de Gibbs.

Expandiendo esta expresión para sustancias reales se define la fugacidad como la función f(T, P) que hace cierta la expresión:

El coeficiente de fugacidad es adimensional y mide la "idealidad" de una sustancia. Cuanto más próximo a la unidad sea mas ideal será y viceversa.

Cálculo de Fugacidades.

El cálculo de fugacidades puede realizarse mediante la aplicación de una ecuación de estado o por medio de correlaciones generalizadas. En ambos casos la propiedad medida a partir de la que se obtiene la fugacidad es la discrepancia de que g es la diferencia entre la energía libre real y la del gas ideal.

De la forma en la que se define la fugacidad es obvio que:

Fugacidad en sistemas Heterogéneos monocomponentes.

Los sistemas heterogéneo son aquellos en los que conviven várias fases. El equilibrio líquido-vapor es un ejemplo de especial interés. Son monocomponentes los sistemas en los que ninguna de sus fases son mezclas, todas las fases por tanto son componentes puros. En estos sistemas, las condiciones de equilibrio de fases son:

indicando cada superíndice una fase, es trivial que la tercera ecuación es equivalente a:

Fugacidad en sistemas Multicomponentes. 

En sistemas multicomponentes,es decir mezclas, cada componente tiene su própia fugacidad que se define en función del potencial químico como:

Donde µi es el potencial químico del componente i. La relación entre la fugacidad del componente i en la mezcla y la correspondiente al componente puro es lo que se conoce como actividad del componente i en la mezcla concreta.

Fugacidad en Sistemas Heterogéneos Multicomponentes 

La fugacidad como en el caso monocomponente también juega un papel importante en el equilíbrio entre las fases. Denotando por superíndices las fases y por subíndices los componentes las condiciones de equiíibrio son:

Derivadas Parciales de la Fugacidad

Las derivadas parciales de la fugacidad se obtienen fácilmente de su definición:

siendo v el volumen específico y h la entalpía específica

Gracias