化學勢概念辨析(1)

2021-01-14 物理化學學習

化學勢(Chemical potential ),就是偏摩爾吉布斯函數。

化學勢的概念源於偏摩爾量。根據偏摩爾量的意義我們可以知道化學勢的意義:即,在多組分的系統中,使系統中的某一個組分A改變1mol時,所引起的系統中的吉布斯函數的變化。


化學勢的表示有多種,例如有下面的四種:

其中,根據偏摩爾量的定義,只有偏摩爾吉布斯函數為偏摩爾量,其餘的三種並非是偏摩爾量。


由於多組分系統中的組分發生變化時(例如濃度發生變化時),對應的系統的熱力學性質也會發生變化,所以在多組分系統中,對應的熱力學基本公式就變成了以下的四個。

每一項都相當與增加了一個組成的改變引起的熱力學性質的變化。

所以對應的,這四個熱力學基本公式不僅可以用到封閉系統,同時也可以用到開放系統

我們說化學勢的表示有四種表達方式。如何記住這四種呢?

我們以第一個dU的方程為例。

在恆容恆熵的條件下,該方程式就會變成:

(恆容恆熵)

我們在把dnB提到方程的左邊,就可以得到以U為表示化學勢的式子。可以看到以U為表示的化學勢的式子的角標為恆容恆熵。這樣就很容易記住化學勢的各個定義式了。

以U為表示的,對應的就是恆熵恆容條件;

以H為表示的,對應的就是恆熵恆壓條件;

以A為表示的,對應的就是恆溫恆容;

以G為表示的,對應的就是恆溫恆壓。

這樣就可以快捷的記住對應的的化學勢的表示。


當多組分系統中,例如溶液,的組成發生變化時,必然會引起熱力學性質的變化,例如吉布斯函數的變化。例如不同的濃度的溶液,放在一起是,必然會發生由濃度大的向濃度小的方向自發的擴散。很顯然,這個是一個自發的過程,但是無法用我們前面學過的deltaG,來判斷這一個過程。因此,提出了化學勢的概念。


化學勢就像我們說的水勢,電勢一樣。可以作為一種新型的判據,來判斷恆溫恆壓下的過程是否是自發的,特別是關於相平衡和化學反應的方向和限度即平衡。


其實,化學勢就是偏摩爾吉布斯函數,只是在實際中發現用的多,為了方便期間,重新給他起了一個名字,就叫做化學勢。


這種類似的情形,就像我們之前提到的組合U+PV,或者U-TS以及H-TS一樣,都是為了方便期間,給他重新用一個字母表示而已。





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