Химический потенциал

Для термодинамического описания многокомпонентных систем, состав которых может меняться, потому что происходят химические или фазовые превращения, вводят термодинамические величины, характеризующие отдельные компоненты системы (так называемые, парциальные величины).

Можно привести строгое определение химического потенциала.

Термодинамические характеристики многокомпонентной системы можно выразить через химические потенциалы ее компонентов. Так, если система состоит из n1 молей вещества А, n2 молей В и n3 молей С, энергия Гиббса такой системы может быть определена выражением (1.15).

Опираясь на законы термодинамики, можно доказать следующие важные соотношения, характеризующие зависимость химического потенциала компонента от состава системы.

Для смеси идеальных газов выражение, описывающее зависимость химического потенциала i-го газа от парциального давления этого газа в смеси, простое и удобное:

В идеальной газовой смеси ° µi равно свободной энергии одного моля индивидуального i-го газообразного вещества в стандартном состоянии ( °° µ = Gii), поэтому µi определяется только свойствами идеального газа и зависит только от температуры.

Чтобы облегчить термодинамические выводы и не нарушать изящности математического аппарата термодинамики, Льюис предложил следующий метод.

Выражение, описывающее зависимость химического потенциала от состава газовой смеси, оставляют без изменения, однако вместо Pi, ставят величину fi, которая называется «летучестью» газа и связана с Pi соотношением (1.16а):

Коэффициент летучести можно измерить экспериментально или рассчитать теоретически, но уже не в рамках классической термодинамики. Таким образом, для смеси реальных газов:

Для идеальной жидкой смеси (жидкого идеального раствора) зависимость µi от состава раствора может быть выражена соотношением (1.18):

Зависимость химического потенциала компонента от состава системы можно записывать, используя в качестве параметра не только мольную долю, но и другие величины, характеризующие содержание компонента в растворе, например, молярную концентрацию (1.19).

Для реального жидкого раствора (согласно методу Льюиса) выражение химического потенциала компонента оставляют прежним, но вместо величины ci ставят величину аi, которая называется активностью компонента в данном растворе:

Химический потенциал индивидуального твердого или жидкого вещества, входящего в состав системы, зависит только от природы вещества, температуры и давления, но не зависит от состава системы.