Thế hóa học và Cân bằng pha

Thế hóa học đo lường sự thay đổi năng lượng khi thêm một hạt, và sự bằng nhau của thế hóa học giữa các pha thiết lập các điều kiện cho cân bằng pha và cân bằng hóa học.

Definition

Thế hóa học là sự thay đổi trong một thế nhiệt động khi một hạt của một loài nhất định được thêm vào tại các biến liên hợp cố định, và cân bằng pha là trạng thái trong đó nhiệt độ, áp suất và thế hóa học của mỗi loài bằng nhau trên tất cả các pha cùng tồn tại.

Scope

Chủ đề này bao gồm định nghĩa thế hóa học là đạo hàm của thế thích hợp theo số hạt, các điều kiện cân bằng cơ học, nhiệt và hóa học giữa các pha cùng tồn tại, quy tắc pha Gibbs, phương trình Clausius-Clapeyron cho các đường cong cùng tồn tại, và cân bằng của các phản ứng hóa học. Mô tả chuyển đổi theo tham số trật tự được xử lý trong phần chuyển pha.

Core questions

• Thế hóa học được định nghĩa và liên hệ với năng lượng tự do Gibbs trên mỗi hạt như thế nào?
• Tại sao thế hóa học phải bằng nhau giữa các pha ở trạng thái cân bằng?
• Quy tắc pha Gibbs đếm số bậc tự do của một hệ đa pha như thế nào?
• Phương trình Clausius-Clapeyron xác định độ dốc của đường cong cùng tồn tại như thế nào?

Key concepts

• Thế hóa học và số hạt
• Điều kiện cùng tồn tại pha
• Quy tắc pha Gibbs
• Phương trình Clausius-Clapeyron
• Cân bằng phản ứng hóa học

Key theories

Các điều kiện Gibbs cho cân bằng pha

Hai pha cùng tồn tại ở trạng thái cân bằng khi nhiệt độ, áp suất và thế hóa học của mỗi thành phần bằng nhau, làm giảm thiểu tổng năng lượng tự do Gibbs của hệ dị thể.

Clinical relevance

Thế hóa học chi phối sự khuếch tán, thẩm thấu, độ hòa tan và cân bằng phản ứng trong hóa học, sinh học và khoa học vật liệu, trong khi các điều kiện cân bằng pha là nền tảng cho việc xây dựng các giản đồ pha được sử dụng trong luyện kim, địa chất và kỹ thuật hóa học.

History

Gibbs đã giới thiệu thế hóa học và quy tắc pha trong hồi ký năm 1870 của ông về cân bằng dị thể, thống nhất các kết quả trước đó như mối quan hệ Clausius-Clapeyron thành một lý thuyết tổng quát về các pha và phản ứng cùng tồn tại.

Key figures

• J. Willard Gibbs
• Rudolf Clausius
• Benoit Clapeyron

Seminal works

• gibbs1876
• callen1985

Frequently asked questions

Thế hóa học bằng nhau giữa các pha có nghĩa là gì?

Điều đó có nghĩa là không có lực đẩy ròng để di chuyển các hạt từ pha này sang pha khác; nếu các thế khác nhau, các hạt sẽ chảy về pha có thế hóa học thấp hơn cho đến khi sự bằng nhau, và do đó cân bằng, được thiết lập lại.