Potencial Químico e Equilíbrios de Fase

O potencial químico mede a mudança de energia ao adicionar uma partícula, e a igualdade dos potenciais químicos entre as fases estabelece as condições para o equilíbrio de fase e químico.

Definition

O potencial químico é a mudança em um potencial termodinâmico quando uma partícula de uma dada espécie é adicionada com variáveis conjugadas fixas, e o equilíbrio de fase é o estado em que a temperatura, a pressão e o potencial químico de cada espécie são iguais em todas as fases coexistentes.

Scope

Este tópico abrange a definição do potencial químico como a derivada do potencial apropriado em relação ao número de partículas, as condições de equilíbrio mecânico, térmico e químico entre fases coexistentes, a regra das fases de Gibbs, a equação de Clausius-Clapeyron para curvas de coexistência e o equilíbrio de reações químicas. A descrição dos parâmetros de ordem das transições é tratada em transições de fase.

Core questions

• Como o potencial químico é definido e relacionado à energia livre de Gibbs por partícula?
• Por que o potencial químico deve ser igual entre as fases em equilíbrio?
• Como a regra das fases de Gibbs contabiliza os graus de liberdade de um sistema multifásico?
• Como a equação de Clausius-Clapeyron determina a inclinação de uma curva de coexistência?

Key concepts

• Potencial químico e número de partículas
• Condições para coexistência de fases
• Regra das fases de Gibbs
• Equação de Clausius-Clapeyron
• Equilíbrio de reações químicas

Key theories

Condições de Gibbs para o equilíbrio de fases

Duas fases coexistem em equilíbrio quando suas temperaturas, pressões e o potencial químico de cada componente são iguais, minimizando a energia livre de Gibbs total do sistema heterogêneo.

Clinical relevance

O potencial químico governa a difusão, osmose, solubilidade e equilíbrios de reação em química, biologia e ciência dos materiais, enquanto as condições de equilíbrio de fase sustentam a construção de diagramas de fase usados em metalurgia, geologia e engenharia química.

History

Gibbs introduziu o potencial químico e a regra das fases em sua memória de 1870 sobre equilíbrio heterogêneo, unificando resultados anteriores, como a relação de Clausius-Clapeyron, em uma teoria geral de fases e reações coexistentes.

Key figures

• J. Willard Gibbs
• Rudolf Clausius
• Benoit Clapeyron

Seminal works

• gibbs1876
• callen1985

Frequently asked questions

O que significa para os potenciais químicos serem iguais entre as fases?

Significa que não há força motriz líquida para mover partículas de uma fase para outra; se os potenciais fossem diferentes, as partículas fluiriam em direção à fase de menor potencial químico até que a igualdade, e consequentemente o equilíbrio, fosse restaurada.