활성도

활성도(活性度, activity)는 열역학에서 이상적인 행동으로부터 실제 기체의 행동 편차를 보정하기 위해 도입된 무차원 양이다. 화학 반응이나 평형 상태를 다룰 때, 농도 대신 사용하는 보정된 농도의 개념으로 볼 수 있다. 즉, 실제 용액이나 기체 혼합물 내에서 특정 성분이 이상적인 상태에서 벗어나는 정도를 나타낸다.

정의

어떤 물질의 화학 퍼텐셜(chemical potential, μ)을 기준으로 정의된다. 이상적인 상태에서 화학 퍼텐셜은 농도에 직접적으로 비례하지만, 실제 계에서는 상호 작용 등으로 인해 이러한 관계가 성립하지 않는다. 따라서 활성도는 다음과 같이 정의된다.

μ_i = μ_i^o + RT ln a_i

여기서:

• μ_i는 성분 i의 화학 퍼텐셜
• μ_i^o는 성분 i의 표준 화학 퍼텐셜
• R은 기체 상수
• T는 절대 온도
• a_i는 성분 i의 활성도

활성도는 몰분율, 몰랄 농도 또는 부분 압력으로 표현될 수 있으며, 각각의 경우에 따라 활성도 계수(γ)를 사용하여 보정된다. 활성도 계수는 실제 용액이나 기체의 행동이 이상적인 상태에서 얼마나 벗어나는지를 나타내는 척도이다.

a_i = γ_i x_i

여기서:

• a_i는 성분 i의 활성도
• γ_i는 성분 i의 활성도 계수
• x_i는 성분 i의 농도 (몰분율, 몰랄 농도, 부분 압력 등)

활용

활성도는 화학 반응 평형 상수, 용해도 곱, 증기압 등 다양한 열역학적 계산에 사용된다. 특히, 이온 강도가 높은 용액이나 비이상적인 기체 혼합물에서는 활성도를 고려하는 것이 정확한 결과를 얻는 데 필수적이다. 활성도 개념을 통해 실제 계의 행동을 보다 정확하게 예측하고 설명할 수 있다.

관련 개념

• 화학 퍼텐셜 (Chemical potential)
• 활성도 계수 (Activity coefficient)
• 이상 용액 (Ideal solution)
• 열역학 (Thermodynamics)