Potencjał chemiczny i równowaga - omówienie

Nasza ocena:

3
Pobrań: 546
Wyświetleń: 2002
Komentarze: 0
Notatek.pl

Pobierz ten dokument za darmo

Podgląd dokumentu
Potencjał chemiczny i równowaga - omówienie - strona 1 Potencjał chemiczny i równowaga - omówienie - strona 2 Potencjał chemiczny i równowaga - omówienie - strona 3

Fragment notatki:

1    I.5. Potencjał chemiczny i potencjał elektrochemiczny  I.5.1.  Potencjał chemiczny jako zmienna niezależna  Potencjał  chemiczny     jest  funkcją  stanu,  stosowaną  w  opisie  układów  termodynamicznych,  które w wyniku oddziaływania z otoczeniem wymieniają z nim masę (zmieniają się liczby moli  poszczególnych  składników)  bądź  takich,  których  skład  chemiczny  zmienia  się  w  efekcie  reakcji  chemicznych.  Ilościowo  jest  równy  wielkości  energii,  o  jaką  wzrośnie  dowolna  z  funkcji  stanu  (  ,   ,    lub   ),  jeśli  do  układu  dodamy  jeden  mol  (jedną  cząsteczkę)  danego  składnika,  przy  czym  ilości  pozostałych  składników  (w  układzie  wieloskładnikowym),  jak  również zmienne termodynamiczne, od których zależy dany potencjał są stałe (patrz równania  I.4.3, I.4.12, I.4.23 i I.4.40):                                                                                                      (I.5.1)  Wynika  stąd,  w  szczególności,  że  potencjał  chemiczny   -tego  składnika  jest   molową  cząstkową  energią  swobodną Gibbsa   i równa się wielkości, o  jaką zmieni  się wartość    w  warunkach           ,          , oraz                               , gdy do układu dodamy  1 mol tego składnika:                                               (I.5.2)    Określenie  potencjału  chemicznego  jest  możliwe  dzięki  addytywnym  właściwościom  potencjałów  termodynamicznych.  Wobec  tego,  że  temperatura  i  ciśnienie  są  zmiennymi  intensywnymi, możemy napisać:                                                          (I.5.3)  co po zróżniczkowaniu względem    daje:                                                              (I.5.4)  lub                                                                                        (I.5.5)  gdzie:                                   ,                 .  Stąd:                                             (I.5.6)  2    W  układzie  jednoskładnikowym  zachodzi  równość:        ,  czyli  potencjał  chemiczny  jest 

(…)

…)
Powyższe równanie określa zależność pomiędzy szybkością produkcji entropii, strumieniem
(prądem) cząstek ( ) i siłą –
ładunku
(Tabela I.3.1). W przypadku transportu cząstek o
, w polu elektrycznym o potencjale
, otrzymujemy:
(I.5.118)
9
Wyprowadzone wyżej równanie można wykorzystać w opisie przepływu elektronów
przez przewodnik. Wtedy:
(I.5.119)
jest natężeniem pola elektrycznego,
gdzie
jest natężeniem…
…)
Powyższe równanie określa zależność pomiędzy szybkością produkcji entropii, strumieniem
(prądem) cząstek ( ) i siłą – (Tabela I.3.1). W przypadku transportu cząstek o
ładunku , w polu elektrycznym o potencjale , otrzymujemy:
(I.5.118)
9
Wyprowadzone wyżej równanie można wykorzystać w opisie przepływu elektronów
przez przewodnik. Wtedy:
(I.5.119)
gdzie jest natężeniem pola elektrycznego, jest natężeniem…
… potencjału chemicznego od ciśnienia może być również określona przez
5
odniesienie do aktywności składnika ( ):
(I.5.27)
Aktywność substancji zależy od mierzalnych wielkości, jak ciśnienie i stężenie. Ilustruje to
proste przekształcenie wzoru (I.5.26) w sformułowaniu dla gazu doskonałego:
(I.5.28)
Z porównania (I.5.28) I (I.5.27) wynika, że aktywność substancji, tworzącej gaz doskonały,
dana jest ilorazem…
…)
gdzie
.
Jeśli masę tworzy gaz doskonały, to jednocześnie mamy:
-
patrz równanie (I.5.28), co po porównaniu z (I.5.113) daje wyrażenie:
(I.5.114)
znane jako równanie barometryczne.
Rozpatrzmy teraz układ niejednorodny, znajdujący się w zewnętrznym polu o ciągłym
rozkładzie potencjału
potencjał
(uwzględniamy zależność w jednym kierunku). Wtedy
i gęstość entropii (równa entropii na jednostkę objętości…
…)
co po zróżniczkowaniu względem
daje:
(I.5.4)
lub
(I.5.5)
gdzie:
,
.
Stąd:
(I.5.6)
2
W układzie jednoskładnikowym zachodzi równość:
, czyli potencjał chemiczny jest
równy energii swobodnej Gibbsa na jeden mol substancji:
(I.5.7)
Potencjał chemiczny ma zastosowanie w badaniu warunków równowagi chemicznej w
odniesieniu do zmiany liczby cząsteczek lub ich rozkładu w układzie, wskutek reakcji
chemicznych, przemian fazowych
… pola fizycznego na potencjał chemiczny
Potencjał chemiczny jest wielkością stosowaną w opisie reakcji chemicznych, równowagi faz i
przemian fazowych oraz zjawisk transportu masy. Pozwala również wyprowadzić prawo
działania mas. Idea potencjału chemicznego użyteczna jest również w opisie ruchu
naładowanych i obojętnych cząstek w zewnętrznym polu elektrycznym i grawitacyjnym.
Rozważmy układ podzielony…
…, jeden z parametrów może być zmieniony,
jednak utrzymanie równowagi możliwe jest tylko dla ściśle określonych wartości drugiego
parametru (zgodnie z równaniem stanu).
12
Równanie (I.5.136) to szczególny przypadek reguły faz Gibbsa, prawdziwy w
przypadku równowagi fazowej w układzie jednoskładnikowym (czysta substancja).
4) Równowaga chemiczna
Równowaga w układzie
-składnikowym i
-fazowym ma sens równowagi chemicznej…
... zobacz całą notatkę



Komentarze użytkowników (0)

Zaloguj się, aby dodać komentarz