Fugacidad

La fugacidad es una magnitud termodinámica utilizada para describir el comportamiento de sustancias reales que se desvían de la idealidad, especialmente en sistemas gaseosos o en soluciones. Se presenta como una presión efectiva, f, que regula el potencial químico de la especie. En un gas ideal, f es igual a la presión real P; en gases reales, f difiere debido a interacciones entre moléculas. El término se introdujo a principios del siglo XX, asociándose a Gilbert N. Lewis y Merle Randall, para formalizar estas desviaciones.

Definición formal: para una sustancia pura a temperatura T y presión P, su potencial químico μ se expresa como μ = μ°(T) + RT ln f, donde f es la fugacidad. La relación entre fugacidad y presión se escribe f = φ P, siendo φ el coeficiente de fugacidad que cuantifica la desviación respecto a un gas ideal. Como límite, φ ≈ 1 cuando P tiende a cero o cuando la sustancia se comporta de forma ideal. En mezclas, la fugacidad del componente i en la fase gas es f_i = y_i φ_i P, con y_i su fracción molar y φ_i su coeficiente de fugacidad.

Fugacidad y equilibrio de fases: a temperatura dada, el equilibrio líquido–vapor exige que f_i^l = f_i^g para cada componente i. Esta condición, junto con ecuaciones de estado y los coeficientes de fugacidad, permite predecir composiciones y presiones de burbuja y de vapor.

Usos y significado: la fugacidad es central para modelar no idealidad en ecuaciones de estado (por ejemplo, Peng–Robinson, Soave–Redlich–Kwong) y para describir soluciones mediante coeficientes de actividad. Su valor cercano a 1 indica un comportamiento próximo al ideal; desviaciones señalan interacciones moleculares significativas.

En resumen, la fugacidad ofrece un marco coherente para describir la energía y el comportamiento de sustancias reales respecto a la presión.