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  • 1 # 伶俜as

    化學勢(Chemical potential )

    一、定義

    一種物質A被新增到另一種物質B中,混合物的自由能G可以表示為:

    G= XAGA+ XBGB+ ΔGmix

    其中:XA和XB分別為物質A、B的含量,GA 和GB分別為物質A、B的吉布斯自由能。

    ΔGmix=ΔHmix- TΔSmix

    對於理想固溶體而言,系統中兩物質的體積以及內能均保持不變,因此焓變為零,即ΔHmix=0,統計熱力學給出混合熵的公式為:

    ΔSmix=-R(XAlnXA+ XBlnXB)

    因此,混合後系統的吉布斯自由能為:

    G = (GA + RT lnXA) XA + (GB +RT lnXB) XB

    物質A、B的化學勢uA, uB就分別等於:

    uA = GA + RT lnXA

    uB = GB + RT lnXB

    因此,混合後系統的吉布斯自由能可以用化學勢表示成:

    G= uA XA + uB XB

    從微分學理解,化學勢就是吉布斯自由能對成分的偏微分

    uA=(ΔG/ΔnA) T,P,nB=常數

    所以,化學勢又稱為偏摩爾勢能。

    1、物理意義:

    恆溫恆壓條件下,在指定組成的無限大體系中,加入1mol的B物質引起體系的Gibbs能的改變。也就是說,在指定條件下1mol的B物質對體系的G的貢獻。化學勢是強度性質,狀態函式。

    2、約束條件

    注意到,化學勢的定義是從恆溫、恆壓、恆內能、恆體積條件下得到的,因此實際固溶體中,系統自由能變化還會包括化學勢以外的能量變化。

    化學勢的偏微分定義具有普適性,表示成分變化對能量變化的影響,即可以是線性關係,也可以是非線性關係。

    3、適用範圍

    化學勢的適用範圍是氣體、液體,但對於固體而言,由於引入一種物質,系統的原有物質不可能保持恆定,即內能和體積將會相應發生改變,此時,化學勢需要做出相應修正,用擴散勢代替。

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