Die Fugazität $ z $ bzw. $ f $ ist eine Größe aus der Physik, die je nach Fachgebiet unterschiedlich definiert ist.
In der statistischen Physik, die die Grundlage der Thermodynamik bildet, ist die Fugazität $ z $ definiert als dimensionslose Funktion des chemischen Potentials $ \mu $ und der Temperatur $ T $:
mit
Die Fugazität ist somit gleich der absoluten Aktivität $ \lambda $. Die Fugazität taucht auf als Faktor beim Übergang von der kanonischen Zustandssumme $ Z(T,V,N) $, die Systeme mit konstanter Teilchenzahl $ N $ beschreibt, zur großkanonischen Zustandssumme $ \Xi (T,V,\mu ) $, die zur Beschreibung von Systemen mit variabler Teilchenzahl geeignet ist:
In der Thermodynamik ist die Fugazität $ f $ eine intensive Zustandsgröße, die die Einheit des Druckes (z. B. Pascal) hat. Sie wurde von Gilbert Newton Lewis zunächst als "escaping tendency" eingeführt; der Name wurde von ihm selbst zu "fugacity" abgekürzt.[1] Sie beschreibt die Tendenz eines Stoffes, eine Phase zu verlassen (fugare, lat. "fliehen").
Die Fugazität wird über die Druckabhängigkeit der spezifischen Gibbs-Energie $ g $ eingeführt.
Für ein ideales Gas gilt (aufgrund seiner Zustandsgleichung und der Fundamentalgleichung der Gibbs-Energie) bei einer isothermen Zustandsänderung von einem Druck $ p^{0} $ zu $ p $:
mit
Die Fugazität wird so definiert, dass bei einem realen Fluid gilt (mit einer beliebigen Referenz-Fugazität $ f^{0} $):
Wird die erste Gleichung von der zweiten abgezogen, so erhält man:
Wenn man den Referenzdruck (Index 0) nun gegen null gehen lässt, verschwindet der Unterschied zwischen realer und idealer Gibbs-Energie, auf der rechten Seite gehen Referenz-Fugazität und -druck ineinander über:
Statt der Fugazität wird häufiger der dimensionslose Fugazitätskoeffizient verwendet:
der in Mehrstoffsystemen über den Partialdruck $ y_{i}\cdot p $ definiert wird ($ y_{i} $ ist der Stoffmengenanteil):
Über die Beziehung
mit
kann die Fugazität aus Messwerten oder mit einer Zustandsgleichung berechnet werden.
Die Fugazität ist wie das chemische Potential ein Kriterium für ein Phasengleichgewicht: ist die Fugazität einer Komponente $ i $ in allen vorliegenden Phasen gleich (aber nicht die Fugazität verschiedener Komponenten in derselben Phase), so stehen diese Phasen im Gleichgewicht:
Aus dieser Bedingung lässt sich folgende Beziehung für Dampf-Flüssig-Gleichgewichte ableiten, mit der sich z. B. Phasendiagramme bei der Auslegung von Rektifikationskolonnen berechnen lassen und die daher von großer Bedeutung in der Verfahrenstechnik ist:
Dabei stehen
Mit dem Exponentialterm, dem Poynting-Faktor, wird die Abweichung vom Dampfdruck berücksichtigt; er liegt oft sehr nahe bei Eins und wird dann vernachlässigt. Der Fugazitätskoeffizient auf der rechten Seite berücksichtigt die Nichtidealität der Dampfphase.