ศักย์เคมีและสมดุลวัฏภาค
ศักย์เคมีวัดการเปลี่ยนแปลงพลังงานของการเพิ่มอนุภาค และความเท่าเทียมกันของศักย์เคมีในแต่ละวัฏภาคเป็นตัวกำหนดเงื่อนไขสำหรับสมดุลวัฏภาคและสมดุลเคมี
Definition
ศักย์เคมีคือการเปลี่ยนแปลงในศักย์ทางเทอร์โมไดนามิกเมื่อมีการเพิ่มอนุภาคหนึ่งชนิดที่ตัวแปรสังยุคคงที่ และสมดุลวัฏภาคคือสถานะที่อุณหภูมิ ความดัน และศักย์เคมีของแต่ละชนิดเท่ากันในทุกวัฏภาคที่อยู่ร่วมกัน
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมคำจำกัดความของศักย์เคมีในฐานะอนุพันธ์ของศักย์ที่เหมาะสมเทียบกับจำนวนอนุภาค เงื่อนไขของสมดุลเชิงกล สมดุลทางความร้อน และสมดุลเคมีระหว่างวัฏภาคที่อยู่ร่วมกัน กฎวัฏภาคของกิบบส์ สมการเคลาซิอุส-คลาเพย์รอนสำหรับเส้นโค้งการอยู่ร่วมกัน และสมดุลของปฏิกิริยาเคมี การอธิบายการเปลี่ยนสถานะด้วยพารามิเตอร์อันดับจะกล่าวถึงภายใต้หัวข้อการเปลี่ยนสถานะ
Core questions
- ศักย์เคมีถูกนิยามและสัมพันธ์กับพลังงานอิสระกิบบส์ต่ออนุภาคอย่างไร?
- เหตุใดศักย์เคมีจึงต้องเท่ากันในแต่ละวัฏภาคที่สมดุล?
- กฎวัฏภาคของกิบบส์นับระดับความเป็นอิสระของระบบหลายวัฏภาคได้อย่างไร?
- สมการเคลาซิอุส-คลาเพย์รอนกำหนดความชันของเส้นโค้งการอยู่ร่วมกันได้อย่างไร?
Key concepts
- ศักย์เคมีและจำนวนอนุภาค
- เงื่อนไขสำหรับการอยู่ร่วมกันของวัฏภาค
- กฎวัฏภาคของกิบบส์
- สมการเคลาซิอุส-คลาเพย์รอน
- สมดุลปฏิกิริยาเคมี
Key theories
- เงื่อนไขของกิบบส์สำหรับสมดุลวัฏภาค
- วัฏภาคสองวัฏภาคอยู่ร่วมกันในสมดุลเมื่ออุณหภูมิ ความดัน และศักย์เคมีของแต่ละองค์ประกอบเท่ากัน ซึ่งเป็นการลดพลังงานอิสระกิบบส์รวมของระบบที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันให้เหลือน้อยที่สุด
Clinical relevance
ศักย์เคมีควบคุมการแพร่ ออสโมซิส การละลาย และสมดุลปฏิกิริยาในสาขาวิชาเคมี ชีววิทยา และวัสดุศาสตร์ ในขณะที่เงื่อนไขสมดุลวัฏภาคเป็นพื้นฐานในการสร้างแผนภาพวัฏภาคที่ใช้ในโลหะวิทยา ธรณีวิทยา และวิศวกรรมเคมี
History
กิบบส์ได้นำเสนอศักย์เคมีและกฎวัฏภาคในบันทึกความทรงจำของเขาเกี่ยวกับการสมดุลแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันในปี 1870 โดยรวมผลลัพธ์ก่อนหน้านี้ เช่น ความสัมพันธ์ของเคลาซิอุส-คลาเพย์รอนเข้าไว้ในทฤษฎีทั่วไปของวัฏภาคและปฏิกิริยาที่อยู่ร่วมกัน
Key figures
- J. Willard Gibbs
- Rudolf Clausius
- Benoit Clapeyron
Related topics
Seminal works
- gibbs1876
- callen1985
Frequently asked questions
- การที่ศักย์เคมีเท่ากันในแต่ละวัฏภาคหมายความว่าอย่างไร?
- หมายความว่าไม่มีแรงขับเคลื่อนสุทธิที่จะทำให้อนุภาคเคลื่อนที่จากวัฏภาคหนึ่งไปยังอีกวัฏภาคหนึ่ง หากศักย์แตกต่างกัน อนุภาคจะไหลไปยังวัฏภาคที่มีศักย์เคมีต่ำกว่าจนกระทั่งความเท่าเทียมกัน ซึ่งก็คือสมดุล กลับคืนมา