μ1dm1 + μ2dm2 + μ3dm3 +…+ μkdmk = Σμdm.
Тогда полное изменение внутренней энергии в системе:
dU = TdS – pdV + Σμdm.
По аналогии для других функций:
dF = -SdT – pdV + Σμdm;
dG = - SdT + Vdp + Σμdm.
Коэффициенты пропорциональности μi и есть химические потенциалы. Химический потенциал вещества – это некоторая функция от природы вещества, его концентрации и температуры, которая при обратимых процессах количественно выражает тенденцию данного вещества перейти из одного состояния в другое.
Внутренняя энергия U, свободная энергия F и изобарный потенциал G – функции состояния, следовательно, dU, dF и dG – полные дифференциалы.
Пусть в системе идет химическая реакция:
ν1A1 + ν2A2 = ν1`A1` + ν2`A2`.
Тогда условие равновесия при T = const и p = const или (T = const, V = consr) выразится следующим образом:
ν1μ1 + ν2μ2 = ν1`μ1` + ν2`μ2`.
Для того, чтобы узнать находится ли система при заданных Т и Р (или V) и концентрациях в равновесии, следует в химическое уравнение подставить вместо формул веществ значения их химических потенциалов. Если при этом получается тождество, то система действительно находится в равновесии.
Химические потенциалы есть функции состояния системы и имеют определенное значение при определенных Т, Р, V и концентрациях.
К сожалению нет прибора, который позволил бы измерить μ. Поэтому практически решать вопрос о равновесии приходится другим путем.
Формулы для μi показывают, что химические потенциалы равны изменениям внутренней энергии, свободной энергии или изобарного потенциала, отнесенным при данных условиях к изменению количества i-го вещества на единицу. Количество вещества может быть выражено либо в единицах массы (граммах), либо в химических единицах (молях).
В первом случае мы получаем удельные химические потенциалы, а во втором – мольные. Между ними можно найти соотношение: выражение μdm должно иметь одно значение при обоих способах выражения количества вещества.
μуд – удельный хим. потенциал;
μмол – мольный хим. потенциал;
m – масса вещества;
n – число молей;
М – молекулярный вес вещества.
Список литературы
Петрова Е.М. Физико-Химический Анализ. Термодинамический аспект ФХА