Химический потенциал

 

Для закрытых систем, в которых совершается только механическая работа, свободная энергия системы (энергия Гиббса G и энергия Гельмгольца F) зависит только от внешних условий. Если в системе протекают химические реакции или происходит обмен с окружающей средой веществом, сопровождающиеся изменением состава системы, то G и F будут зависеть и от состава системы:

G = f(p, T, n₁, n₂, …, n_k),

F = f(V, T, n₁, n₂, …, n_k),

где n₁, n₂, …, n_k – число моль 1-го, 2-го, …, k-го компонентов.

При р, Т = const изменение энергии Гиббса (полезная работа) системы обусловлено только изменением состава системы:

(1)

Введем обозначение:

,

где μ_i – химический потенциал i-го компонента.

Аналогично,

.

Таким образом, химический потенциал характеризует изменение свободной энергии системы (G или F) при изменении количества i-го компонента на бесконечно малую величину при постоянстве соответствующих внешних параметрах и количествах всех остальных компонентов.

Свободная энергия – это общее свойство системы, химический потенциал характеризует свойства отдельного компонента, входящего в систему.

При р, Т = const уравнение (1) запишется:

,

. (2)

Уравнение (2) выражает освязь между общим свойством системы и свойствами каждого ее компонента. Проинтегрируем уравнение (2), приняв m_i = const:

.

Для индивидуального вещества

G = mn или , Дж/моль,

т.е. химический потенциал индивидуального вещества – это мольная энергия Гиббса.

При равновесии dG = 0, следовательно,

. (3)

Уравнение (3) – общее условие равновесия в системе с переменным составом при р, Т = const.