ПОНЯТИЕ О ХИМИЧЕСКОМ ПОТЕНЦИАЛЕ

Выражения I закона термодинамики справедливы при условии неизменности количества составляющих систему веществ, которое определяется числом моль .

Продифференцируем уравнение (27)

(27)

,

выразим из (з) .

Решая совместно последние выражения для компонентной системы, с учетом изменения числа моль компонентов, участвующих в физико-химическом процессе, получим уравнение для изменения энергии Гиббса системы:

. (1)

В (1) знак «<» относится к самопроизвольному процессу, а знак «=» – к равновесному. Частная производная от энергии Гиббса по изменению числа моль одного из компонентов при неизменности чисел моль остальных компонентов и соответствующих параметров состояния – это химический потенциал го компонента .

. (2)

С учетом (2) получим:

. (3)

Химический потенциал можно выразить через частные производные и других термодинамических потенциалов

(4)

и аналогично уравнению (1) выразить энергию Гельмгольца , , .

Химический потенциал размерная величина – .

Химический потенциал имеет физический смысл парциальной мольной работы при изменении числа моль данного компонента на единицу при постоянных внешних параметрах и числах моль всех других компонентов, составляющих раствор.

Для изобарно-изотермических условий, когда и , из (3) при равновесии имеем:

. (5)

Для однокомпонентной системы из (5), получим:

, (6)

где – мольная энергия Гиббса индивидуального вещества или мольный термодинамический потенциал.

Таким образом, химический потенциал индивидуального вещества тождественен мольной энергии Гиббса.

Зависимость химического потенциала го компонента от состава газовой смеси выражается уравнениями:

– для идеального газа ;

– для реального раствора ,

где – парциальное давление го компонента в газовой смеси;

– стандартный химический потенциал индивидуального го компонента ( );

– парциальная фугитивность го компонента в газовой смеси;

– стандартный химический потенциал го компонента в газовой смеси ( ).

Фугитивность (летучесть) – величина, которую нужно подставить в выражение для химического потенциала го компонента идеальной газовой смеси, чтобы получить значение химического потенциала этого компонента в реальной газовой смеси.

Фугитивность связана с парциальным давлением компонента уравнением

,

где – коэффициент фугитивности го компонента.

По аналогии зависимость химического потенциала го компонента от состава жидкого раствора выражается уравнениями:

– для идеального раствора: ;

– для реального раствора: ,

где – мольная доля го компонента в растворе;

– активность го компонента в растворе.

Активностью го компонента раствора называют величину, которую нужно подставить в выражение для химического потенциала компонента в идеальном растворе, чтобы получить действительное значение химического потенциала го компонента в реальном растворе.

Активность связана с концентрацией компонента через коэффициент активности :

;

;

,

где – рациональный, моляльный и молярный коэффициенты активности го компонента в растворе, соответственно;

– мольная доля, моляльная и молярная концентрации го компонента в растворе, соответственно.

Между существует вполне определенная взаимосвязь.

2.2. Закон действия масс. константа