化学势

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在热力学中,物种的化学势是由于给定物种的粒子数变化而可以吸收或释放的能量,例如。在化学反应或相变中。混合物中物质的化学势被定义为热力学系统的自由能变化率相对于添加到系统中的物质的原子或分子数量的变化。因此,它是自由能相对于物质数量的偏导数,混合物中所有其他物质的浓度保持不变。当温度和压力都保持恒定且粒子数以摩尔表示时,化学势是偏摩尔吉布斯自由能。在化学平衡或相平衡时,化学势和化学计量系数的乘积的总...

化学势

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热力学中,物种化学势是由于给定物种的粒子数变化而可以吸收或释放的能量,例如。 在化学反应或相变中。 混合物中物质的化学势被定义为热力学系统的自由能变化率相对于添加到系统中的物质的原子分子数量的变化。 因此,它是自由能相对于物质数量的偏导数,混合物中所有其他物质的浓度保持不变。 当温度和压力都保持恒定且粒子数以摩尔表示时,化学势是偏摩尔吉布斯自由能。 在化学平衡或相平衡时,化学势和化学计量系数的乘积的总和为零,因为自由能处于最小值。 在扩散平衡的系统中,任何化学物质的化学势在整个系统中各处都相同。

半导体物理学中,电子系统在零xxx温度下的化学势被称为费米能量。

概览

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粒子倾向于从较高的化学势移动到较低的化学势,因为这会降低自由能。 这样,化学势是物理学中势的概括,例如引力势。 当球从山上滚下时,它正在从较高的重力势能(较高的内能因此较高的工作潜力)移动到较低的重力势能(较低的内能)。 同样,当分子移动、反应、溶解、熔化等时,它们总是自然地倾向于从较高的化学势变为较低的化学势,从而改变粒子数,这是化学势的共轭变量。

一个简单的例子是在均匀环境中扩散的稀释分子系统。 在这个系统中,分子倾向于从高浓度区域移动到低浓度区域,直到最终,各处的浓度都相同。 对此的微观解释是基于动力学理论和分子的随机运动。 然而,用化学势来描述这个过程更简单:对于给定的温度,分子在高浓度区域具有较高的化学势,在低浓度区域具有较低的化学势。 分子从较高化学势向较低化学势的运动伴随着自由能的释放。 因此,这是一个自发的过程。

另一个例子,不是基于浓度而是基于相位,是在 0°C 以上的盘子上的冰块。 在 0°C 以上,处于固相(冰)中的 H2O 分子比处于液相(水)中的水分子具有更高的化学势。 当一些冰融化时,H2O 分子从固体转变为化学势较低的温度较高的液体,因此冰块会收缩。 在熔点温度 0°C 下,水和冰的化学势相同; 冰块既不增长也不收缩,系统处于平衡状态。

醋含有醋酸。 当酸分子解离时,未解离的酸分子 (HA) 的浓度降低,产物离子(H+ 和 A-)的浓度增加。 因此,HA 的化学势降低,H+ 和 A- 的化学势之和增加。 当反应物和产物的化学势之和相等时,系统处于平衡状态,并且反应没有向前或向后方向进行的趋势。 这就解释了为什么醋是酸性的,因为醋酸会在一定程度上解离,将离子释放到溶液中。

化学势在多相平衡化学的许多方面都很重要,包括熔化、沸腾蒸发溶解度、渗透、分配系数、液-液萃取和色谱法

化学势

在每种情况下,给定物质在平衡状态下的化学势在系统的所有相中都是相同的。

电化学中,离子并不总是倾向于从较高的化学势向较低的化学势发展,但它们确实总是从较高的电化学势向较低的电化学势发展。 电化学势完全表征了对离子运动的所有影响,而化学势包括除电力之外的一切。

热力学定义

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与所有强度量一样,物种 i(原子、分子或核)的化学势 μi 由热力学现象学基本方程定义。

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  1. 化学势
  2. 概览
  3. 热力学定义

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