پتانسیل شیمیایی و تعادل فاز

پتانسیل شیمیایی تغییر انرژی ناشی از افزودن یک ذره را اندازه‌گیری می‌کند و برابری پتانسیل‌های شیمیایی در فازهای مختلف، شرایط تعادل فاز و شیمیایی را تعیین می‌کند.

Definition

پتانسیل شیمیایی تغییر در یک پتانسیل ترمودینامیکی است هنگامی که یک ذره از یک گونه مشخص در متغیرهای مزدوج ثابت اضافه می‌شود، و تعادل فاز حالتی است که در آن دما، فشار و پتانسیل شیمیایی هر گونه در تمام فازهای همزیست برابر است.

Scope

این مبحث تعریف پتانسیل شیمیایی به عنوان مشتق پتانسیل مناسب نسبت به تعداد ذرات، شرایط تعادل مکانیکی، حرارتی و شیمیایی بین فازهای همزیست، قانون فاز گیبس، معادله کلازیوس-کلاپیرون برای منحنی‌های همزیستی، و تعادل واکنش‌های شیمیایی را پوشش می‌دهد. توصیف پارامتر-نظم گذارها در بخش گذارهای فاز مورد بررسی قرار می‌گیرد.

Core questions

• پتانسیل شیمیایی چگونه تعریف می‌شود و چه ارتباطی با انرژی آزاد گیبس به ازای هر ذره دارد؟
• چرا پتانسیل شیمیایی در حالت تعادل باید در فازهای مختلف برابر باشد؟
• قانون فاز گیبس چگونه درجات آزادی یک سیستم چندفازی را شمارش می‌کند؟
• معادله کلازیوس-کلاپیرون چگونه شیب یک منحنی همزیستی را تعیین می‌کند؟

Key concepts

• پتانسیل شیمیایی و تعداد ذرات
• شرایط همزیستی فاز
• قانون فاز گیبس
• معادله کلازیوس-کلاپیرون
• تعادل واکنش شیمیایی

Key theories

شرایط گیبس برای تعادل فاز

دو فاز در تعادل همزیست هستند هنگامی که دما، فشار و پتانسیل شیمیایی هر جزء آنها برابر باشد، که منجر به حداقل شدن انرژی آزاد گیبس کل سیستم ناهمگن می‌شود.

Clinical relevance

پتانسیل شیمیایی انتشار، اسمز، حلالیت و تعادل واکنش را در شیمی، زیست‌شناسی و علم مواد کنترل می‌کند، در حالی که شرایط تعادل فاز زیربنای ساخت نمودارهای فازی است که در متالورژی، زمین‌شناسی و مهندسی شیمی استفاده می‌شوند.

History

گیبس پتانسیل شیمیایی و قانون فاز را در رساله خود در دهه ۱۸۷۰ درباره تعادل ناهمگن معرفی کرد و نتایج قبلی مانند رابطه کلازیوس-کلاپیرون را در یک نظریه عمومی از فازها و واکنش‌های همزیست متحد ساخت.

Key figures

• J. Willard Gibbs
• Rudolf Clausius
• Benoit Clapeyron

Seminal works

• gibbs1876
• callen1985

Frequently asked questions

برابری پتانسیل‌های شیمیایی در فازهای مختلف به چه معناست؟

به این معنی است که هیچ نیروی محرکه خالصی برای حرکت ذرات از یک فاز به فاز دیگر وجود ندارد؛ اگر پتانسیل‌ها متفاوت بودند، ذرات به سمت فاز با پتانسیل شیمیایی کمتر جریان می‌یافتند تا زمانی که برابری و در نتیجه تعادل برقرار شود.