Химический потенциал

Перейдем к рассмотрению систем, в которых может меняться состав или возможен обмен веществом с окружающей средой. Первый случай имеет место, когда в системе протекают химические реакции. Второй – это случай равновесия двух или большего числа фаз какого-либо вещества. До сих пор мы принимали, что для равновесия необходимо выполнение следующих условий в любой точке системы:

T = const, P = const.

Эти условия являются необходимыми, но недостаточными, если в системе меняется количество вещества или соотношение компонентов.

В системах с переменным составом количество вещества n не является постоянным, а представляет собой новую термодинамическую переменную. Поэтому уравнения для полных дифференциалов функций U, H, F, G должны быть записаны с учетом зависимости этих функций от количества веществ n_i. Например, если U = f (S, V, n ₁, n ₂, ...), то

(2.61)

Аналогично

(2.62)

(2.63)

(2.64)

где величина

(2.65)

характеризует приращение соответствующего термодинамического потенциала при изменении количества данного вещества при фиксированных естественных переменных и неизменных количествах остальных веществ. Функцию m называют химическим потенциалом. Подобно тому, как температура является движущей силой при теплопередаче, так и химический потенциал является движущей силой при массопереносе. Как и остальные интенсивные переменные (в соответствующих процессах), химический потенциал вещества по мере протекания процесса выравнивается
и в момент достижения равновесия становится одинаковым во всех сосуществующих фазах.

Самопроизвольные процессы в химических системах при постоянных P и T всегда направлены в сторону уменьшения энергии Гиббса G. В этом случае два первых слагаемых в уравнении (2.64) обратятся в нуль, так как dT = 0,
dP = 0. При этом получаем

(2.66)

Учитывая (2.35), из уравнения (2.66) получаем

(2.67)

Для равновесной системы соотношение (2.67) имеет вид

(2.68)

Уравнение (2.68) является общим условием равновесия в системе с переменным количеством компонентов при постоянных давлении и температуре, которое выраженно через химические потенциалы компонентов системы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: