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chemical potential

  1摩尔化学纯物质的吉布斯函数,通常用符号μ 表示。如以G表示热力学系统的吉布斯函数,n表示系统中物质的摩尔数,则

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对于多元系,以ni表示第i组元的摩尔数,则第i组元的化学势μi表示在温度T、压强E及其他组元的摩尔数nj不变的条件下,每增加1摩尔i组元时,系统的吉布斯函数的增量:

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化学势在处理相变和化学变化的问题时具有重要意义。

  在相变过程中,由于物质在不同组元间的转移是在恒温和恒压下进行的,故可以通过比较两相中物质化学势的大小来判断物质在各组元间转移的方向和限度,即物质总是从化学势较高的相转移到化学势较低的相。当物质在两相中的化学势相等时,则相变过程停止,系统达到平衡态(见相和相变)。

  以μ200711201530570-100.gif和μ200711201530570-101.gif分别代表第i组元在α相和β相中的化学势,则当

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时,第i组元物质即由α相进入β相。当

200711201530570-07.gif

时,两相中第i组元物质达到平衡。可见,物质在两相中的化学势不同,是发生相变的条件。

  对处在恒温和恒压条件下的化学反应,可用化学势来标志化学反应自发进行的方向。如果多元单相系的化学反应在温度和压强不变的情形下进行,系统的总吉布斯函数的改变是

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式中Δni为反应中各组元摩尔数的改变量。平衡态的吉布斯函数最小,则有ΔG=0,即

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  一般情况,化学反应可以写成

200711201532570-11.gif(2)

式中Ai代表反应物类型(即组元),vi代表反应方程中反应物的系数。正系数指生成物,负系数指反应物。此时Δni,满足下面关系

200711201533570-12.gif(3)

式中ε为任意无穷小量。于是平衡条件可以写成

200711201533570-13.gif(4)

  如果条件(4)不满足,则平衡不成立,于是发生反应。反应进行的方向必使吉布斯函数减少,即

200711201534570-14.gif(5)

由此可知,如果200711201535570-15.gif则反应正向进行(ε>0);如果200711201535570-16.gif则反应逆向进行(ε﹤0)。由于μi在决定化学反应进行方向上的作用,故称它为化学势。

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