Химический потенциал

Чтобы прояснить смысл понятия «химический потенциал», продифференцируем выражение (III,51) как произведение при постоянных Р и Т:

(III, 57)

Легко показать, что при постоянных Р и Т второе слагаемое ( зависит только от температуры).

Тогда для системы переменного состава

(III, 58)

Примем постоянным число молей всех компонентов смеси, кроме i - ого компонента, тогда

(III, 59)

или

(III, 60)

Из определения химического потенциала как частной производной вытекает следующее. Если при постоянных температуре Т и давлении Р к бесконечно большому количеству смеси (раствора) определенного состава добавить один моль какого-нибудь компонента, то химический потенциал будет равен приросту энергии Гиббса.

Сказанное выше позволяет определить химический потенциал как энергию Гиббса, приходящуюся на один моль компонента в смеси или, иными словами, парциальную молярную энергию Гиббса.

Полный дифференциал энергии Гиббса в соответствии с (III, 31) и (III, 59) запишется следующим образом:

(III, 61)

Исходя из этого выражения, можно показать, что для систем с переменным составом фундаментальные термодинамические уравнения будут иметь следующий вид:

(III, 62)

(III, 63)

(III, 64)

Из уравнений (III, 61) — (III, 64) вытекает:

Таким образом, химический потенциал является частной производной по количеству i - ого компонента от любой характеристической функции G,F,U и H при постоянном количестве остальных индивидуальных веществ в системе и постоянстве соответствующих естественных переменных.

Необходимо отметить, что химический потенциал является интенсивным свойством системы.

Химический потенциал одного моля индивидуального вещества в состоянии идеального газа при любых температуре Т и давлении Р можно рассчитать по уравнению:

(III, 65)

Вообще химический потенциал индивидуального вещества — это мольная энергия Гиббса: , где G_m — энергия Гиббса 1 моля индивидуального вещества.

Для практических целей широко используют мольную энергию Гиббса в стандартном состоянии (при 1 атм. и Т = 298 К).

В этом случае

Величину, которую мы обозначили , также определяют как стандартную молярную энергию Гиббса образования одного моля вещества из простых веществ, находящихся в их стандартных состояниях.

При этом полагают, что энергия Гиббса образования () всех элементов при всех температурах равна нулю.

Стандартные энергии Гиббса образования многих соединений табулированы. По взятым из таблиц значениям может быть рассчитано изменение энергии Гиббса химической реакции аналогично тому, как рассчитывается тепловой эффект химической реакции по значениям стандартных теплот образования веществ, участвующих в химической реакции.