활동도

활동도는 주어진 성분이 단일상 내에서 얼마나 활동적인지 나타내는 수치로, 퓨가시티로부터 유도된 개념으로 퓨가시티를 정의한 길버트 뉴턴 루이스 (Gilbert N. Lewis)가 정의하였다.

정의

혼합물 1에 포함되어 있는 A성분의 활동도를 a₁라고 하고, A의 퓨가시티를 f₁, 순수한 상태로 존재하는 물질 A의 퓨가시티를 f⁰라고 하면 다음과 같이 정의된다.

a₁=f₁/f⁰

루이스는 활동도를 일컬어 혼합물 중의 퓨가시티를 순수한 상태에 있을 때의 값과 비교한 ‘상대적 퓨개시티’라고 불렀다. 그리고 순수한 상태를 다른 말로 표준상태라고 지칭했다.

특징

순수한 상태에 있는 성분의 퓨개시티는 온도와 압력만 일정하면 항상 같은 값을 가진다. 그러나 혼합물 중에 있는 어느 한 성분의 퓨개시티는 그 성분의 농도와 혼합물을 구성하고 있는 다른 성분의 종류에 따라서 달라진다. 즉, 혼합물 중에 존재하는 한 성분의 활동도는 혼합물의 농도 값을 대변하는 셈이 된다. 퓨가시티가 이상기체의 존재를 전제로 성립한 것과 같이 활동도는 이상용액의 존재를 전제로 한다. 이상용액이란 용매에 용질이 녹아있을 때 용매 분자와 용질 분자의 크기가 같고 그 분자들 사이에 작용하는 분자간 힘이 모두 같은 용액을 말한다. 다시 말해 순수한 상태이든 혼합물이든 분자 간 상호작용의 크기가 같다는 것이다. 두 개의 다른 상이 인접해 있을 때 어느 한 성분의 활동도가 두 상에서 모두 같다면 그 성분은 상 사이에서 이동하지 않은 반면, 한 상에서의 활동도가 클 경우 그 성분은 활동도가 큰 상에서 작은 상으로 이동하게 된다. 활동도는 그 물질이 어떤 성분과 혼합되어 있느냐에 따라 달라진다. 또한 개별 분자가 가지는 분자에너지는 분자 상호작용의 크기에 따라 달라지며 분자에너지는 그 분자 주위에 있는 다른 분자의 종류에 영향을 받게 된다. 이 분자에너지를 다른 말로 분자의 성격 혹은 분자의 활동도로 표현했다. 활동도는 그 성분의 농도에 따라 달라진다. 활동도 정의식 (44)에 따르면 물질이 순수한 상태에 있다면 활동도의 값은 1이다. 즉 이상용액이다. 그리고 농도가 달라지면 즉 몰분율이 달라지면, 1이 아닌 값을 가지게 된다. 다시 말해 특정 성분의 활동도는 그 성분의 농도와 일정한 상관관계를 가지게 되는데, 그 관계를 규정한 것이 바로 활동도 계수이다. 혼합물 중에 있는 성분 의 활동도는 다음과 같은 식으로 표현된다.

a_i=γ_ix_i

여기서 a_i은 활동도계수, x_i는 혼합물 중 i성분의 몰분율이다. 혼합물 중 한 성분의 활동도는 그 성분의 양에도 비례하지만 어떤 성분들과 같이 공존하느냐에 따라서도 크게 변화한다. 활동도는 퓨개시티와 함께 물질의 이탈성향을 표시하기 위한 개념적 도구로 사용되었다. 이 두 개념이 성립된 근거는 깁스에너지와 물질의 잠재에너지에 대한 기본 개념이다. 그러므로 결국 활동도와 퓨개시티는 혼합물상에 존재하는 한 성분의 에너지를 표시하는 또 다른 도구인 것이다. 따라서 이 물성들은 혼합물과 부분성질에 대한 개념들과도 직접 연결되어 있다.

활동도

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