WikiDer > Chemisches Potential

Das Chemisches Potential einer Komponente in einem System ist die Zunahme in Energie was passieren würde, wenn man eine Einheit dieser Komponente zu einem System hinzufügen würde, wenn sie gleich bliebe Temperatur und Druck. In der Chemie wird das chemische Potential auch als Molar . bezeichnet Gibbs freie Energie.

Wenn ein System verschiedene Arten von Teilchen enthält, hat jede Art im System ihr eigenes chemisches Potenzial. Das chemische Potential einer Komponente ist die Energieänderung, die auftritt, wenn sich die Anzahl der Partikel dieser Komponente ändert.

Das chemische Potenzial wird normalerweise mit dem griechischen Buchstaben . angegeben ${Anzeigestil mu}$.

Das chemische Potenzial ist besonders wichtig für die Beschreibung von Prozessen, bei denen sich die Zusammensetzung eines Gemisches ändert, wie zum Beispiel:

• beim Materietransport, bei dem sich Teilchen von einem Phase zu einer anderen Phase übergehen, zum Beispiel die verdampfen von flüchtigen Bestandteilen aus einem Gemisch oder der kristallisieren von a Salz- von einem Lösung,
• Biene chemische Reaktionen, in dem bestimmte Arten von Verbindungen in andere Verbindungen umgewandelt werden.
• in dem Quantenfeldtheorie bei endlicher Temperatur und/oder Dichte, wie in vielen Prozessen — und auch im Vakuum — Es kann zur Erzeugung und Vernichtung von Teilchen kommen.

Wenn die Verbindungen, die bei einer bestimmten Reaktion verschwinden, zusammen das gleiche chemische Potenzial haben wie die bei dieser Reaktion auftretenden Verbindungen, ist die Reaktion Balance.

Kennt man das chemische Potential aller an einer Reaktion beteiligten Stoffe in Abhängigkeit von der Zusammensetzung (und anderen Faktoren wie Temperatur und Druck), kann man prinzipiell berechnen, bei welchen Konzentrationen ein Gleichgewicht auftritt.

Im Fermiassen und Fermiflüssigkeiten ist das chemische Potential am Absoluter Nullpunkt gleich dem Fermi-Energie.

Im elektrochemisch Systemen ist das chemische Potential gleich dem negativen elektrisches Potenzial.

Definition

Angenommen, ein thermodynamisches System besteht aus ${Displaystil N}$ verschiedene Arten von Partikeln.

Die Gesamtenergie ${Anzeigestil E}$ ist eine Funktion von

• die Entropie ${Anzeigestil S}$
• die Lautstärke ${Anzeigestil V}$
• die Anzahl der Maulwürfe, ${displaystyle n_{1},ldots ,n_{N}}$, von jeder Komponente in der Mischung

In Formelform

${displaystyle Äquiv. E(S,V,n_{1},ldots,n_{N})}$

Die Veränderung des Potenzials ${displaystyle Delta mu _{i}}$ aufgrund der Änderung der Molzahl ${displaystyle n_{i}}$ des ${Anzeigestil i}$-die Komponente ist unter sonst gleichen Bedingungen die Veränderung von Gibbs freie Energie (bei konstantem Druck, Temperatur und Anzahl anderer Partikel):

${displaystyle Delta mu _{i}=left({frac {partial G}{partial n_{i}}}ight)_{T,P,n_{jeq i}}}$

Für die Differentialform der Gibbs-Energie gilt:

${displaystyle mathrm {d} G = Vmathrm {d} p-Smathrm {d} T}$

Bei konstanter Temperatur wird daraus:

${displaystyle mathrm {d} G=Vmathrm {d} p}$

Die Arbeit, um aus der Situation zu kommen ${displaystyle (p_{1},V_{1})}$ zu ${Anzeigestil (p_{2},V_{2})}$ gehen ist:

${displaystyle Delta G=int _{p_{1}}^{p_{2}}Vcdot Mathrm {d} p}$

Unter der Annahme, dass die Komponenten gasförmig sind und somit die Ideales Gasgesetz folgen, wird der obige Ausdruck reduziert auf:

${displaystyle Delta G=int _{p_{1}}^{p_{2}}{frac {nRT}{p}}mathrm {d} p=nRTln left({frac {p_{2}}{p_{1 }}}Nacht)}$

Die Änderung des chemischen Potentials ist also:

${displaystyle Delta mu _{i}={frac {Delta G}{n_{i}}}=RTln left({frac {p_{2}}{p_{1}}}ight)}$

Normalerweise ist der Referenzzustand 1 Referenz Bar (p°) ist so gewählt, dass:

${displaystyle mu _{i}=mu _{i}^{circ } RTln left({frac {p}{p^{circ }}}ight)}$

Das ${displaystyle mu_{circ }}$ ist das chemische Standardpotential und kann normalerweise in Tabellen gefunden werden, wodurch das chemische Potential jeder Substanz bestimmt wird.

Das chemische Potential erfordert, dass die Entropie konstant gehalten wird. In der Praxis ist es jedoch schwierig, diese konstant zu halten, da dies eine perfekte Wärmedämmung erfordert. Es ist daher besser, Freie Helmholtz-Energie${Anzeigestil F}$ verwenden, die eine Funktion der Temperatur${Anzeigestil T}$, Volumen und Zusammensetzung:

${displaystyle Fequiv F(T,V,n_{1},ldots,n_{i})}$

Ausgedrückt in der freien Helmholtz-Energie ist das chemische Potential gleich:

${displaystyle mu _{i}=left({frac {partial F}{partial N_{i}}}ight)_{T,V,n_{jeq i}}}$

Hier ist es nur erforderlich, dass Temperatur, Volumen und Partikelanzahl verschieden sind von ${displaystyle n_{i}}$ konstant gehalten werden, was aus praktischer Sicht viel machbarer ist.

Siehe auch

• Raoults Gesetz