Potencial Químico y Equilibrio de Fases

El potencial químico mide el cambio de energía al añadir una partícula, y la igualdad de los potenciales químicos entre fases establece las condiciones para el equilibrio de fases y químico.

Definition

El potencial químico es el cambio en un potencial termodinámico cuando se añade una partícula de una especie dada a variables conjugadas fijas, y el equilibrio de fases es el estado en el que la temperatura, la presión y el potencial químico de cada especie son iguales en todas las fases coexistentes.

Scope

Este tema abarca la definición del potencial químico como la derivada del potencial apropiado con respecto al número de partículas, las condiciones de equilibrio mecánico, térmico y químico entre fases coexistentes, la regla de fases de Gibbs, la ecuación de Clausius-Clapeyron para las curvas de coexistencia y el equilibrio de las reacciones químicas. La descripción de las transiciones mediante el parámetro de orden se trata en transiciones de fase.

Core questions

• ¿Cómo se define el potencial químico y cómo se relaciona con la energía libre de Gibbs por partícula?
• ¿Por qué el potencial químico debe ser igual en todas las fases en equilibrio?
• ¿Cómo cuenta la regla de fases de Gibbs los grados de libertad de un sistema multifásico?
• ¿Cómo determina la ecuación de Clausius-Clapeyron la pendiente de una curva de coexistencia?

Key concepts

• Potencial químico y número de partículas
• Condiciones para la coexistencia de fases
• Regla de fases de Gibbs
• Ecuación de Clausius-Clapeyron
• Equilibrio de reacción química

Key theories

Condiciones de Gibbs para el equilibrio de fases

Dos fases coexisten en equilibrio cuando sus temperaturas, presiones y el potencial químico de cada componente son iguales, minimizando la energía libre de Gibbs total del sistema heterogéneo.

Clinical relevance

El potencial químico rige la difusión, la ósmosis, la solubilidad y los equilibrios de reacción en química, biología y ciencia de materiales, mientras que las condiciones de equilibrio de fases sustentan la construcción de diagramas de fases utilizados en metalurgia, geología e ingeniería química.

History

Gibbs introdujo el potencial químico y la regla de fases en su memoria de la década de 1870 sobre el equilibrio heterogéneo, unificando resultados anteriores como la relación de Clausius-Clapeyron en una teoría general de fases y reacciones coexistentes.

Key figures

• J. Willard Gibbs
• Rudolf Clausius
• Benoit Clapeyron

Seminal works

• gibbs1876
• callen1985

Frequently asked questions

¿Qué significa que los potenciales químicos sean iguales entre fases?

Significa que no hay una fuerza impulsora neta para mover partículas de una fase a otra; si los potenciales difirieran, las partículas fluirían hacia la fase de menor potencial químico hasta que se restableciera la igualdad y, por lo tanto, el equilibrio.