Что значит "химический потенциал"

понятие, используемое для описания термодинамического равновесия в многокомпонентных системах. Обычно химический потенциал компонента системы вычисляют как частную производную гиббсовой энергии по числу частиц (или молей) этого компонента при постоянной температуре, давлении и массах других компонентов. В равновесной гетерогенной системе химические потенциалы каждого из компонентов во всех фазах, составляющих систему, равны (условие фазового равновесия). Для любой химической реакции сумма произведений химического потенциала всех участвующих в реакции веществ на их стехиометрический коэффициент равна нулю (условие химического равновесия).

(mi), термодинамическая функция, применяемая при описании состояния систем с переменным числом частиц. В случае системы, состоящей из i компонентов, Х. п. определяется как приращение внутренней энергии U системы при добавлении к системе бесконечно малого количества молей i-того компонента, отнесённое к этому количеству вещества, при постоянных объёме V, энтропии S и количествах молей каждого из остальных компонентов nj (j ¹ i). В общем случае Х. п. может быть определён как приращение любого из остальных потенциалов термодинамических системы при различных постоянных параметрах: гиббсовой энергии G ≈ при постоянных давлении р, температуре Т и nj; гельмгольцевой энергии А ≈ при постоянных V, Т и nj; энтальпии Н ≈ при постоянных S, р и nj. Таким образом: ═══(

1. Х. и. зависит как от концентрации данного компонента, так и от вида и концентрации др. компонентов системы (фазы). Только в простейшем случае ≈ смеси идеальных газов ≈ mi зависит лишь от концентрации рассматриваемого компонента и от температуры:

   mi = mi 0+ RT In pi,

   где pi ≈ парциальное давление компонента i в смеси, R ≈ газовая постоянная , mi0 ≈ значение mi при pi = 1 атм. Для смеси неидеальных газов в равенстве (

2. должна стоять фугитивность этого компонента. Х. п. характеризует способность рассматриваемого компонента к выходу из данной фазы (путём испарения, растворения, кристаллизации, химического взаимодействия и т.д.). В многофазных (гетерогенных) системах переход данного компонента может происходить самопроизвольно только из фазы, в которой его Х. п. больше, в фазу, для которой его Х. п. меньше. Такой переход сопровождается уменьшением Х. п. этого компонента в 1-й фазе и увеличением во 2-й. В результате разность между Х. п. данного компонента в этих двух фазах уменьшается и при достижении равновесия Х. п. компонента становится одинаковым в обеих фазах. В любой равновесной гетерогенной системе Х. п. каждого компонента одинаков во всех фазах.

   Если в различных фазах или в разных местах одной фазы Х. п. какого-либо компонента неодинаков, то в системе самопроизвольно (без затраты энергии извне) происходит перераспределение частиц, сопровождающееся выравниванием Х. п.

   Из условий термодинамического равновесия систем, в которых возможны химические реакции, фазовые переходы и др. процессы перераспределения частиц, и уравнения, учитывающего баланс частиц, вытекают важнейшие термодинамические соотношения: действующих масс закон , фаз правило Дж. У. Гиббса , основные законы разбавленных растворов (см. Вант-Гоффа закон , Рауля законы , Генри закон и др.) и т.д.

   Х. п. в качестве нормировочной постоянной входит в распределение Больцмана, а также в распределения по энергиям Бозе ≈ Эйнштейна и Ферми ≈ Дирака для частиц идеального газа (см. Статистическая физика ). Х. п. вырожденного газа электронов ( ферми-газа ) тождественно совпадает с граничной ферми энергией .

   Х. п. был введён Гиббсом, численно выражается в единицах энергии на единицу количества вещества (дж/моль) или на единицу массы (дж/кг).

   Лит. см. при статьях Термодинамика , Статистическая физика .

   И. А. Кузнецов.

Хими́ческий потенциа́л μ — термодинамическая функция, применяемая при описании состояния систем с переменным числом частиц. Определяет изменение термодинамических потенциалов при изменении числа частиц в системе. Представляет собой энергию добавления одной частицы в систему без совершения работы. Применяется для описания материального взаимодействия. Определение химического потенциала можно записать в виде:

dE = TdS − PdV + μdN

где E — энергия системы, S — её энтропия , N — количество частиц в системе.

Эта формула определяет, кроме химического потенциала μ, также давление P и температуру T.

Для систем, состоящих из одного компонента , химический потенциал задаётся формулой

$\mu = {E - TS + PV \over N}={G \over N}$,

где G — потенциал Гиббса .

Если энергия системы зависит не от объёма, а от других термодинамических параметров A, A..., исходная формула принимает вид

dE = TdS − ∑adA + μdN

Если в системе имеется несколько разных типов частиц, есть столько же разных химических потенциалов.

Связь химического потенциала со свободной энергией называется Большим термодинамическим потенциалом .

Если система находится в электрическом поле , то химический потенциал электрически заряженных частиц называют электрохимическим потенциалом (термин предложен в 1929 г. Э. А. Гуггенгеймом). Специальный термин понадобился по причине принятого в литературе условного разбиения электрохимического потенциала на неэлектрическую и электрическую части. С теоретической точки зрения такое разделение носит чисто формальный характер, поскольку носителями заряда служат те же самые формульные единицы , с которыми соотносится обычный химический потенциал, и поэтому нет способа раздельного определения его химической и электрической составляющих. Практически же разделение электрохимического потенциала на две части оказывается хорошим приближением, ибо в природе существуют частицы ( электроны и позитроны ), для которых вследствие малости их массы вклад неэлектрической части в электрохимический потенциал пренебрежимо мал по сравнению со вкладом электрической составляющей.