Capacidad de fugacidad

La constante de capacidad de fugacidad (Z) se utiliza para describir la concentración de una sustancia química en un sistema (generalmente en mol/m³Pa ⁾ . Hemond y Hechner-Levy (2000) describen cómo utilizar la capacidad de fugacidad para calcular la concentración de una sustancia química en un sistema. Dependiendo de la sustancia química, la capacidad de fugacidad varía. La concentración en el medio 'm' es igual a la capacidad de fugacidad en el medio 'm' multiplicada por la fugacidad de la sustancia química. ^{[ 1 ]} Para un sistema químico en equilibrio, la fugacidad de la sustancia química será la misma en cada medio/fase/compartimento. Por lo tanto, en el contexto de estos cálculos, el equilibrio a veces se denomina "equifugacidad". ^{[ 2 ]}

${\displaystyle C_{m}=Z_{m}\cdot f}$

donde Z es una constante proporcional, denominada capacidad de fugacidad . Esta ecuación no implica necesariamente que C y f estén siempre relacionadas linealmente. La no linealidad puede incorporarse permitiendo que Z varíe en función de C o f.

Para comprender mejor el concepto de capacidad de fugacidad, la capacidad calorífica puede servir de precedente para introducir Z como la capacidad de una fase para absorber una cantidad particular de sustancia química. Sin embargo, las fases con alta capacidad de fugacidad no necesariamente conservan una alta fugacidad .

En los cálculos de capacidad de fugacidad, los factores clave serían (a) la naturaleza del soluto (química), (b) la naturaleza del medio o compartimento, (c) la temperatura. ^{[ 3 ]}

La expresión para Z _m depende del medio/fase/compartimento. La siguiente lista muestra las capacidades de fugacidad para medios comunes: ^{[ 4 ]}

• Aire (bajo las suposiciones de gas ideal ): Z _aire = 1/RT
• Agua: Z _agua = 1/H
• Octanol: Z _oct = K _ow /H
• Fase pura del compuesto químico objetivo: Z _puro = 1/P ^s v

Donde: R es la constante de los gases ideales (8,314 Pa·m ³ /mol·K); T es la temperatura absoluta (K); H es la constante de la ley de Henry para el producto químico objetivo (Pa/m ³ mol); K _ow es el coeficiente de reparto octanol-agua para el producto químico objetivo (relación adimensional); P ^s es la presión de vapor del producto químico objetivo (Pa); y v es el volumen molar del producto químico objetivo (m ³ /mol).

Obsérvese que la relación entre los valores Z para diferentes medios (por ejemplo, octanol y agua) es la misma que la relación entre las concentraciones del producto químico objetivo en cada medio en equilibrio.

Al utilizar un enfoque de capacidad de fugacidad para calcular las concentraciones de una sustancia química en cada uno de varios medios/fases/compartimentos, a menudo resulta conveniente calcular la fugacidad predominante del sistema utilizando la siguiente ecuación si se conocen la masa total de la sustancia química objetivo (M _T ) y el volumen de cada compartimento (V _m ):

${\displaystyle f=M_{T}/\Sigma _{m}(V_{m}Z_{m})}$

Alternativamente, si la sustancia química objetivo está presente como una fase pura en equilibrio, su presión de vapor será la fugacidad predominante del sistema.

• Modelo de fugacidad multimedia