Potentiel chimique et équilibres de phases

Le potentiel chimique mesure la variation d'énergie résultant de l'ajout d'une particule, et l'égalité des potentiels chimiques entre les phases établit les conditions d'équilibre de phase et chimique.

Definition

Le potentiel chimique est la variation d'un potentiel thermodynamique lorsqu'une particule d'une espèce donnée est ajoutée à variables conjuguées fixes, et l'équilibre de phase est l'état dans lequel la température, la pression et le potentiel chimique de chaque espèce sont égaux à travers toutes les phases coexistantes.

Scope

Ce sujet aborde la définition du potentiel chimique comme la dérivée du potentiel approprié par rapport au nombre de particules, les conditions d'équilibre mécanique, thermique et chimique entre phases coexistantes, la règle des phases de Gibbs, l'équation de Clausius-Clapeyron pour les courbes de coexistence, et l'équilibre des réactions chimiques. La description des transitions par paramètre d'ordre est traitée dans la section sur les transitions de phase.

Core questions

• Comment le potentiel chimique est-il défini et lié à l'énergie libre de Gibbs par particule ?
• Pourquoi le potentiel chimique doit-il être égal entre les phases à l'équilibre ?
• Comment la règle des phases de Gibbs dénombre-t-elle les degrés de liberté d'un système multiphase ?
• Comment l'équation de Clausius-Clapeyron détermine-t-elle la pente d'une courbe de coexistence ?

Key concepts

• Potentiel chimique et nombre de particules
• Conditions de coexistence des phases
• Règle des phases de Gibbs
• Équation de Clausius-Clapeyron
• Équilibre des réactions chimiques

Key theories

Conditions de Gibbs pour l'équilibre de phase

Deux phases coexistent à l'équilibre lorsque leurs températures, pressions et le potentiel chimique de chaque composant sont égaux, minimisant ainsi l'énergie libre de Gibbs totale du système hétérogène.

Clinical relevance

Le potentiel chimique régit la diffusion, l'osmose, la solubilité et les équilibres de réaction en chimie, en biologie et en science des matériaux, tandis que les conditions d'équilibre de phase sont à la base de la construction des diagrammes de phases utilisés en métallurgie, en géologie et en génie chimique.

History

Gibbs a introduit le potentiel chimique et la règle des phases dans son mémoire des années 1870 sur l'équilibre hétérogène, unifiant des résultats antérieurs tels que la relation de Clausius-Clapeyron en une théorie générale des phases coexistantes et des réactions.

Key figures

• J. Willard Gibbs
• Rudolf Clausius
• Benoit Clapeyron

Seminal works

• gibbs1876
• callen1985

Frequently asked questions

Que signifie l'égalité des potentiels chimiques entre les phases ?

Cela signifie qu'il n'y a pas de force motrice nette pour déplacer les particules d'une phase à l'autre ; si les potentiels différaient, les particules s'écouleraient vers la phase de potentiel chimique inférieur jusqu'à ce que l'égalité, et donc l'équilibre, soit rétablie.