Kimyasal Potansiyel ve Faz Dengeleri
Kimyasal potansiyel, bir parçacık eklendiğinde meydana gelen enerji değişimini ölçmektedir ve fazlar arası kimyasal potansiyellerin eşitliği, faz ve kimyasal denge koşullarını belirlemektedir.
Tanım
Kimyasal potansiyel, belirli bir türden bir parçacık sabit eşlenik değişkenlerde (conjugate variables) eklendiğinde bir termodinamik potansiyeldeki değişim olarak tanımlanmaktadır; faz dengesi ise sıcaklık, basınç ve her bir türün kimyasal potansiyelinin tüm birlikte var olan fazlarda eşit olduğu durumdur.
Kapsam
Bu konu, kimyasal potansiyelin uygun potansiyelin parçacık sayısına göre türevi olarak tanımlanmasını, birlikte var olan fazlar arasındaki mekanik, termal ve kimyasal denge koşullarını, Gibbs faz kuralını, birlikte var olma eğrileri için Clausius-Clapeyron denklemini ve kimyasal reaksiyonların dengesini kapsamaktadır. Geçişlerin düzen parametresi (order-parameter) tanımı, faz geçişleri başlığı altında incelenmektedir.
Temel sorular
- Kimyasal potansiyel nasıl tanımlanır ve parçacık başına Gibbs serbest enerjisiyle nasıl ilişkilidir?
- Dengede fazlar arası kimyasal potansiyel neden eşit olmak zorundadır?
- Gibbs faz kuralı, çok fazlı bir sistemin serbestlik derecelerini nasıl sayar?
- Clausius-Clapeyron denklemi, bir birlikte var olma eğrisinin eğimini nasıl belirler?
Anahtar kavramlar
- Kimyasal potansiyel ve parçacık sayısı
- Faz birlikte var olma koşulları
- Gibbs faz kuralı
- Clausius-Clapeyron denklemi
- Kimyasal reaksiyon dengesi
Temel kuramlar
- Gibbs faz denge koşulları
- İki faz, sıcaklıkları, basınçları ve her bir bileşenin kimyasal potansiyeli eşit olduğunda dengede birlikte var olmaktadır; bu durum heterojen sistemin toplam Gibbs serbest enerjisini minimize etmektedir.
Klinik önem
Kimyasal potansiyel, kimya, biyoloji ve malzeme bilimleri genelinde difüzyon, ozmoz, çözünürlük ve reaksiyon dengelerini yönetmektedir; faz denge koşulları ise metalurji, jeoloji ve kimya mühendisliğinde kullanılan faz diyagramlarının oluşturulmasının temelini oluşturmaktadır.
Tarihçe
Gibbs, 1870'lerdeki heterojen denge üzerine yazdığı anılarında kimyasal potansiyeli ve faz kuralını tanıtmış, Clausius-Clapeyron ilişkisi gibi önceki sonuçları birlikte var olan fazlar ve reaksiyonların genel bir teorisi altında birleştirmiştir.
Öne çıkan isimler
- J. Willard Gibbs
- Rudolf Clausius
- Benoit Clapeyron
İlgili konular
Temel eserler
- gibbs1876
- callen1985
Sıkça sorulan sorular
- Fazlar arası kimyasal potansiyellerin eşit olması ne anlama gelmektedir?
- Bu, parçacıkları bir fazdan diğerine hareket ettirecek net bir itici kuvvetin olmadığı anlamına gelmektedir; potansiyeller farklı olsaydı, parçacıklar eşitlik ve dolayısıyla denge sağlanana kadar daha düşük kimyasal potansiyele sahip faza doğru akacaktır.