Большая советская энциклопедия - химический потенциал

Химический потенциал (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, отнесенное к этому количеству вещества, при постоянных объеме V, энтропии S и количествах молей каждого из остальных компонентов nj (j ? i). В общем случае Х. п. может быть определен 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 (путем 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 введен 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.