Хімічний потенціал

Відео: Хімічний потенціал

Хімiчній потенциaл ? - один з термодинамічних параметрів системи-енергія додавання однієї частинки в систему без здійснення роботи.
Термодинамічні системи в багатьох випадках можуть обмінюватися атомами і молекулами з навколишнім середовищем. Крім теплового рівноваги наведені в контакт термодинамічні системи намагаються встановити рівновагу за складом. Процеси встановлення рівноваги за складом повільніше процеси встановлення рівноваги з температурою. Їхня швидкість залежить від природи речовини. Гази змішуються швидко, рідини повільніше, а дифузія в твердих тілах може зайняти багато років або тисячоліть.
Прагнення термодинамічних систем до встановлення рівноваги за складом кількісно характеризується величиною, яка називається хімічним потенціалом. Процеси встановлення рівноваги в термодинамічних системах відбуваються таким чином, щоб вирівняти хімічний потенціал в кожній області. На перший погляд може здатися, що вирівнюються концентрації, але це справедливо лише для певного класу речовин і процесів. Існують системи, в яких закладена певна неоднорідність. Наприклад, щільність повітря в земній атмосфері зменшується з висотою. Це зменшення зумовлене силами тяжіння. Тому концентрація молекул в повітрі неоднорідна. Постійним залишається хімічний потенціал, в якому врахована потенціійна енергія молекул на різній висоті.
Для визначення хімічного потенціалу потрібно знайти різницю між енергією системи з N +1 часткою і системи з N частинками. Хімічний потенціал - це енергія, яку потрібно надати частці, щоб помістити її в термодинамічну систему. Важливо при цьому пам`ятати, що частка поміщаетсья в систему таким чином, щоб перебувати в тепловій рівновазі з іншими частками.
Наприклад, частинки ідеального газу не взаємодіють між собою, тому мінімальна енергія, необхідна для того, щоб кинути один атом ідеального газу в систему з N атомів дорівнює нулю. Але для того, щоб цей новий атом знаходився в тепловій рівновазі з іншими атомами, небхідно надати йому енергію, яка б дорівнювала середньої кінетичної енергії інших атомів. Як наслідок цих міркувань, хімічний потенціал ідеального газу не дорівнює нулю.
Визначення хімічного потенціалу через інші термодинамічні потенціали можна записати у вигляді:

d E = T d S - P d V + ? d N

де Е - повна енергія системи, S - її ентропія, N - кількість частинок в системі.
Ця формула визначає, крім хімічного потенціалу?, Також тиск P і температуру T.


Можна довести, що хімічний потенціал задається формулою



Якщо енергія системи залежить не від обсягу, а від інших термодинамічних параметрів A 1, A 2 ..., початкова формула набирає вигляду



Якщо в системі є декілька різних типів частинок, є стільки ж різних хімічних потенціалів. Вони зазвичай позначаються різними індесками? i. Диференціал внутрішньої енергії записується:





де N i - кількість частинок i-го типу. Це співвідношенням можна переписати через концентрації

,

де

- Сумарне число частинок в системі.

Якщо в термодинамічній системі може бути кілька фаз, то в умовах термодинамічної рівноваги кожен з типів хімічних потенціалів повинен бути однаковим для всіх фаз. Дана вимога призводить до правила фаз.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!