化学势
从定义上看,“化学势”和粒子数有关,具体来说,是粒子数目的变化导致的Gibbs自由能的变化。但这还是不能更直观的理解它到底是什么。在具体的例子中,特别是涉及到粒子数目变化的例子中理解“化学势”,会很直观。
两个子系统间存在能量交换,那么可以定义一个量温度,温度相等时两边平衡。如果两个子系统之间除了能量交换还能进行体积交换(比如两部分气体中间连一个活塞),那么就算温度相同也不一定平衡。我们可以再定义一个量叫压强,压强相同时两边就平衡了。如果两个子系统还可以交换粒子数,那么相应的可以再定义一个东西。这东西就叫化学势。
(1)化学势扩展阅读:
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)。
化学势就是吉布斯自由能对成分的偏微分,化学势又称为偏摩尔势能。偏摩尔量都是系统的强度性质,强度性质在物理化学中也常可以写成偏微商的形式,比如温度T=dE/dS。
若在恒压下将分子依次加入系统,为驱动其中每一个分子,需要完全相同的努力,此过程体积变大而系统的密度和压强保持不变,这样单个分子的热力学状态可以用吉布斯自由能G除以分子数N来恰当描述。
❷ 化学势大小的判断
化学势就是吉布斯自由能对成分的偏微分.
能够进行粒子和能量交换两个宏观系统,分子总是从化学势高的相进入化学势低的相,从而降低系统的总自由能,并使系统达到平衡态,达到平衡时将满足温度相等TA=TB和化学势相等μA=μB。在判断化学反应方向的时候,我们常用吉布斯自由能来判断,相比之下化学势判断更为基本。其实在化学、热力学和统计物理中都可以有不同的理解,用纯粹的物理化学角度来理解会很抽象。我们可以把化学势看作一种类似温度的强度物理量,温度是能量关于熵的微分,化学势是自由能关于物质量的微分。化学势表示成分变化对能量变化的影响,描述了系统发生交换时的“粒子的可获得性”,如果化学势在两个系统中相等,系统就不存在交换。
化学势对解决多相平衡非常有利,对于纯组分系统,化学势就等于纯态时摩尔吉布斯自由能;混合系统就是其偏摩尔量。也就是说同样状态下,纯组分系统比混合系统的化学势高,通过这我们就可以进一步理解为什么渗透压使纯溶剂进入半透膜中的浓溶液,因为两边化学势不相等。化学势也可以理解为物质逃逸趋势的度量,物的变化总朝向化学势低的方向变化。通过化学势我们也能理解化学平衡中,分子具有很大的浓度或很高的内能,则能高效的参与化学反应,从而解释勒沙特列原理。在热力学和统计力学中,化学势(chemical potential )代表在一个体系内加入一个额外粒子所需要的能量。它等于体系的总吉布斯自由能(gibbs free energy )除以体系粒子总数。
dg=dh-tds
同温同压下液态内能低,于是化学势低。
❸ 过冷液体的化学势比其固体的化学势高,为什么
由常识知过冷液体自发凝固成固体,即此时固体更稳定,化学势低。
一定要推导的话,构建可逆过程,假设常压下过冷水为263K.
过冷水(l,263k)→水(l,273k)→冰(S,273k)→冰(S,263k)
ΔG(过冷水→冰,263K)=ΔG1+ΔG2+ΔG3 等压ΔG=-SdT
=-ΔrSm(l)*10K+0+(-ΔrSm(s)*(-10K))
=10K*(ΔrSm(s)-ΔrSm(l)) 液体熵大于固体,所以此式大于0
=ΣnBμ=μ过冷水-μ冰 得证 μ过冷水>μ冰
❹ 标准化学势跟什么有关
μΘ(g)是标准压力pΘ、温 度为T时理想气体的化学势,称为标准态化学势, μΘ(g)仅是温度的函数。
❺ 化学势的定义
化学势是物理内容丰富的热力学强度量,如果说温度是表征系统能量以热量传递的趋势,压强表征能量以功传递的趋势,那么化学势是表征系统与媒质,或系统相与相之间,或系统组元之间粒子转移的趋势。
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)。
(5)化学势扩展阅读
对于纯组分系统,化学势就等于纯态时摩尔吉布斯自由能;混合系统就是其偏摩尔量。也就是说同样状态下,纯组分系统比混合系统的化学势高,通过这就可以进一步理解为什么渗透压使纯溶剂进入半透膜中的浓溶液,因为两边化学势不相等。
化学势也可以理解为物质逃逸趋势的度量,物的变化总朝向化学势低的方向变化。通过化学势也能理解化学平衡中,分子具有很大的浓度或很高的内能,则能高效的参与化学反应,从而解释勒沙特列原理。
化学与生物中讨论的化学势都是在粒子数守恒的情况下,而在粒子物理学中存在粒子数不守恒现象。对光子由于粒子数不守恒,因而对粒子数N没有要求,所以光子的化学势为0。
可以把物理化学中的自由能换成基态能量,N+1个粒子的基态能量减去N个粒子基态能量就是其化学势。
由于费米子遵从不相容原理,每个量子态只能容纳一个粒子,那么T=0K时,其费米能级就是平衡态的化学势。
❻ 化学势名词解释
化学势是物理内容丰富的热力学强度量,如果说温度是表征系统能量以热量传递的趋势,压强表征能量以功传递的趋势,那么化学势是表征系统与媒质,或系统相与相之间,或系统组元之间粒子转移的趋势。粒子总是从高化学势向低化学势区域、相或组元转移,直到两者相等才相互处于化学平衡。
❼ 谁能谈谈,化学势的本质是什么
首先明确其应用范围,在热化学中,化学势是强度性质,状态函数。化学势的定义是从恒温、恒压、恒内能、恒体积条件下得到的,因此实际固溶体中,系统自由能变化还会包括化学势以外的能量变化。
例 试比较和论证下列四种状态纯水的化学势大小顺序
(1)373.15K,101325Pa液态水的化学势
(2)373.15K,101325Pa水蒸气的化学势
(3)373.15K,202650Pa液态水的化学势
(4)373.15K,202650Pa水蒸气的化学势
4>3> 1=2
[导引]:化学势作为判据应用于相变化过程,若两相平衡,则两相的化学势必然相等,若两相未建立平衡,则物质必由化学势高的一相自发地向化学势低的一相转移,由此可推断四种状态的纯水,其化学势的相对大小。
通俗的说,在相转变的过程中,质量总是从化学势高的相转变到化学势低的相,这就是化学势的物理意义,也就是说化学势是推动相变中质量转移的一种势,它总是使质量从具有较高的化学势的相转移到具有较低化学势的相,就象温度是推动热量转移的一种势,它总是使热量从具有较高温度的物体转移到具有较低温度的物体。化学势推动下进行相转变的结果总是使系统的功势函数减少,作功能力降低。
系统的平衡有三个方面,即"热平衡","力平衡",'质量作用平衡",其中"力平衡"就是系统的每一个部分所受到的广义力都要能在统计平均效果上相互抵消.如果系统内有压强差,那么就会引起机械运动."热平衡"是指温度的平衡,如果系统有温度差,就会有"热传导"."质量作用平衡"可被分为"化学平衡"和"相平衡"."化学平衡"指正反应和逆反应的效果完全抵消,在这种平衡中,与"压强","温度"相当的量叫"化学势",相变以及其他的质量作用方式在"改变粒子数"方面都与化学反应极为相似,所以任何一种"质量相互作用"中所涉及的强度量都被称为"化学势".
为什么在看的文章里那些能量都带着化学势?形成分子的过程就引起了分子和原子两种不同系统的质量变化,自然会有"化学势",不过更深的理解应该通过统计力学来看。
❽ 化学势的计算方法
化学势(Chemical potential ):化学势就是吉布斯自由能对成分的偏微分,化学势又称为偏摩尔势能。偏摩尔量都是系统的强度性质,强度性质在物理化学中常写成偏微商的形式.
一种物质A被添加到另一种物质B中,混合物的自由能G可以表示为:
G= XAGA+ XBGB+ ΔGmix
其中:XA和XB分别为物质A、B的含量,GA 和GB分别为物质A、B的吉布斯自由能。
而 ΔGmix=ΔHmix- TΔSmix
对于理想固溶体而言,系统中两物质的体积以及内能均保持不变,因此焓变为零,即ΔHmix=0,统计热力学给出混合熵的公式为:
ΔSmix=-R(XAlnXA+ XBlnXB)
因此,混合后系统的吉布斯自由能为:
G = (GA + RT lnXA) XA + (GB +RT lnXB) XB
物质A、B的化学势uA, uB就分别等于:
uA = GA + RT lnXA
uB = GB + RT lnXB
因此,混合后系统的吉布斯自由能可以用化学势表示成:
G= uA XA + uB XB
从微分学理解,化学势就是吉布斯自由能对成分的偏微分
uA=(ΔG/ΔnA) T,P,nB=常数
所以,化学势又称为偏摩尔势能。
讨论:
1、物理意义:
恒温恒压条件下,在指定组成的无限大体系中,加入1mol的B物质引起体系的Gibbs能的改变。也就是说,在指定条件下1mol的B物质对体系的G的贡献。化学势是强度性质,状态函数。
2、约束条件
注意到,化学势的定义是从恒温、恒压、恒内能、恒体积条件下得到的,因此实际固溶体中,系统自由能变化还会包括化学势以外的能量变化。
化学势的偏微分定义具有普适性,表示成分变化对能量变化的影响,即可以是线性关系,也可以是非线性关系。
3、适用范围
化学势的适用范围是气体、液体,但对于固体而言,由于引入一种物质,系统的原有物质不可能保持恒定,即内能和体积将会相应发生改变,此时,化学势需要做出相应修正,用扩散势代替。
❾ 如何理解“费米能级是系统化学势”
最基本的想法就是往里加一个电子,那么这个电子只能跑到费米面上,也就是系统增加了一个费米能级那么多的能量。
对比化学势的定义就知道了。
一般说来,对于经典系统,化学势来源于相互作用和自能,但是对于量子系统,需要把统计效应也考虑进去。因为服从费米统计,多加进来的电子只能跑到费米面之上。
❿ 什么是化学势
化学势(Chemical potential ):化学势就是吉布斯自由能对成分的偏微分,化学势又称为偏摩尔势能。偏摩尔量都是系统的强度性质,强度性质在物理化学中常写成偏微商的形式。