فوگاسیتی (Fugacity) مفهومی در شیمی و علم محیط زیست است که به شدت به عنوان یکی از مفاهیم اساسی در شیمی فیزیکی و شیمی محیط زیست به کار می‌رود. فوگاسیتی به صورت مخفف f نشان داده می‌شود و از نظر فیزیکی معادل فشار مولی گاز در شیمی است.
فوگاسیتی به میزان فشاری اشاره می‌کند که یک گاز خالص باید داشته باشد تا به همان اندازه با یک محلول بین المللی در شرایط مشخص تعادل برقرار کند. به عبارت دیگر، فوگاسیتی یک مقیاس برای ارزیابی "استعداد" یک گاز برای تعادل با یک محلول است. با افزایش فوگاسیتی، استعداد یک گاز برای تعادل با یک محلول افزایش می‌یابد.
فوگاسیتی در محاسبات شیمیایی و فیزیکی به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود، به طوری که می‌توان با استفاده از آن، تعادلات شیمیایی و فیزیکی را به دقت پیش بینی کرد.
فوگاسیتی چه تاثیری بر روی تعادلات شیمیایی دارد؟
تعادلات شیمیایی بر اساس قانون تعادلی لژاندر قابل پیش‌بینی هستند. با افزایش فشار یا غلظت یک ترکیب شیمیایی، تعادل برای حفظ تعادل به سمت سمتی که حجم کمتر دارد حرکت می‌کند. در حالی که با افزایش دما، تعادل به سمت سمتی که گرمای بیشتر دارد حرکت می‌کند.
فوگاسیتی، به عنوان یک معیار برای پیش‌بینی تعادلات شیمیایی، به ما کمک می‌کند تا بفهمیم که یک ترکیب شیمیایی در یک محیط خاص چه تعادلی خواهد داشت. با دانستن فوگاسیتی، می‌توانیم برای تعادلات شیمیایی، از جمله تعادلات گاز-محلول، تعادلات حلال-حلال و تعادلات جامد-محلول، پیش‌بینی دقیق‌تری داشته باشیم.
فوگاسیتی چطور حساب می شود؟
فوگاسیتی (Fugacity) یک متغیر فیزیکی است که برای توصیف تعادلات گاز-محلول و تعادلاتی که گاز در آنها حضور دارد، به کار می‌رود. فوگاسیتی به مقداری از فشار مولی یک گاز در حالت داده شده، در شرایط دما و فشار خاصی که با تعادل محلول گاز-محلول در آن شرایط مطابقت داشته باشد، گفته می‌شود.
فرمول محاسبه فوگاسیتی برای یک گاز خالص به صورت زیر است:
f = P * φ
در این فرمول، P فشار جزئی گاز است و φ عامل فوگاسیتی است. عامل فوگاسیتی، به سادگی، شامل یک سری ضرایب وابسته به دما و فشار است که مرتبط با دو اثر اصلی هستند: تأثیر احتمالاتی و تأثیر حجمی.
عامل فوگاسیتی برای یک گاز خالص به صورت زیر محاسبه می‌شود:
ln φ = Z - 1 - ln(P/P0) + Aα/RT
در این فرمول، Z فاکتور ضرایب جلوگیری گاز است، P فشار جزئی گاز، P0 فشار استاندارد، A و B ضرایب کلی تعیین شده برای گازهای خاص و α مولاریته هسته‌ای گاز است. R ثابت گازی و T دمای محیط هستند.
برای محاسبه فوگاسیتی یک ترکیب یا گاز در یک محلول، این فرمول باید با استفاده از داده‌های مربوط به شرایط محیطی محاسبه شود. به طور کلی، محاسبه فوگاسیتی برای تعادلات شیمیایی و فیزیکی، به ما کمک می‌کند تا بتوانیم به شکل دقیق‌تری تعادلات شیمیایی و فیزیکی را پیش‌بینی کنیم.
چگونه می‌توان فوگاسیتی را برای یک ترکیب محاسبه کرد؟
برای محاسبه فوگاسیتی یک ترکیب، نیاز به داشتن اطلاعاتی از جمله فشار جزئی گاز، ضرایب وابسته به دما و فشار و مولاریته هسته‌ای گاز داریم. این اطلاعات ممکن است به دست نیاید و برای محاسبه فوگاسیتی، از روش‌های تقریبی استفاده می‌شود.
یکی از روش‌های تقریبی محاسبه فوگاسیتی، استفاده از روش تقریبی وان در والز (van der Waals) است. در این روش، فوگاسیتی به صورت زیر محاسبه می‌شود:
f = P * exp[(b/Vm)*(P - a/(Vm^2))]
در این فرمول، P فشار جزئی گاز، Vm حجم مولی ترکیب، a و b پارامترهای وان در والز و ε ثابت دیوتریوم هستند. پارامترهای a و b برای هر ترکیب به صورت خاص تعیین می‌شوند.
روش دیگری برای محاسبه فوگاسیتی، استفاده از روش تقریبی (Redlich-Kwong) است. در این روش، فوگاسیتی به صورت زیر محاسبه می‌شود:
f = P * exp[(b/(RT))*ln(1 + (aP)/(RT)^2)]
در این فرمول، P فشار جزئی گاز، T دمای محیط، a و b پارامترهای رودل-روشنگز هستند. پارامترهای a و b برای هر ترکیب به صورت خاص تعیین می‌شوند.
در هر صورت، برای محاسبه دقیق فوگاسیتی یک ترکیب، باید از داده‌های مربوط به شرایط محیطی استفاده کرد و بهتر است از نرم‌افزارهای شیمیایی و فیزیکی مانند Aspen Plus و ChemCAD استفاده کرد.
