Chemický potenciál

Elektrony v solidsEdit

Elektrony v pevných látkách mají chemický potenciál, definovaný stejným způsobem jako chemický potenciál chemický druh: změna volné energie, když elektrony jsou přidány nebo odstraněny ze systému. V případě elektronů je chemický potenciál obvykle vyjádřen spíše v energii na částici než v energii na mol a energie na částici je konvenčně dána v jednotkách elektronvoltu (eV).

chemický potenciál hraje obzvláště důležitou roli ve fyzice pevných látek a úzce souvisí s koncepty pracovní funkce, Fermi energie a Fermiho úrovně. Například křemík typu n má vyšší vnitřní chemický potenciál elektronů než křemík typu p. V p–n přechodu diody v rovnováze je chemický potenciál (vnitřní chemický potenciál) se liší od p-typ n-typ straně, zatímco celkový chemický potenciál (elektrochemický potenciál, nebo, Fermiho úroveň) je konstantní v celém dioda.

jak je popsáno výše, při popisu chemického potenciálu je třeba říci „relativní k čemu“. V případě elektronů v polovodičích, vnitřní chemický potenciál je často uvedeno relativní nějaké vhodné bodu v kapele struktury, např. do spodní části vedení kapely. Může být také specifikováno „vzhledem k vakuu“, aby se získalo množství známé jako pracovní funkce, avšak pracovní funkce se liší od povrchu k povrchu i na zcela homogenním materiálu. Celkový chemický potenciál, na druhé straně, je obvykle specifikován vzhledem k elektrické zemi.

v atomové fyzice se někdy říká, že chemický potenciál elektronů v atomu je záporný elektronegativity atomu. Podobně, proces vyrovnávání chemického potenciálu je někdy označován jako proces vyrovnávání elektronegativity. Toto spojení pochází z stupnice Mullikenovy elektronegativity. Vložením energický definice ionizační potenciál a elektronová afinita do Mulliken elektronegativita, je vidět, že Mulliken chemický potenciál je konečný rozdíl sbližování právních elektronické energie s ohledem na počet elektronů., tj.

μ Mulliken = – χ Mulliken = – I P + E a 2 = δ N ] N = N 0 . {\displaystyle \mu _{\text{Mulliken}}=-\chi _{\text{Mulliken}}=-{\frac {IP+EA}{2}}=\left}{\delta N}}\right]_{N=N_{0}}.}

Sub-jaderná particlesEdit

V posledních letech, termální fyzika aplikovaná definice chemického potenciálu, aby systémy ve fyzice částic a jeho přidružené procesy. Například, v kvark–gluonovém plazmatu nebo jiné QCD hmoty, v každém bodě v prostoru, tam je chemický potenciál pro fotony, chemický potenciál, elektrony, chemické potenciál pro baryon číslo, elektrický náboj, a tak dále.

v případě fotonů jsou fotony bosony a mohou se velmi snadno a rychle objevit nebo zmizet. Proto je při termodynamické rovnováze chemický potenciál fotonů vždy a všude nulový. Důvodem je, je-li chemický potenciál někde byla vyšší než nula, fotony by spontánně zmizí z této oblasti, dokud chemický potenciál vrátil na nulu; stejně tak, je-li chemický potenciál někde byl menší než nula, fotony by se spontánně objevují, dokud chemický potenciál vrátil na nulu. Vzhledem k tomu, že tento proces probíhá velmi rychle (přinejmenším se vyskytuje rychle v přítomnosti husté nabité hmoty), lze bezpečně předpokládat, že fotonový chemický potenciál se nikdy neliší od nuly.

elektrický náboj je jiný, protože je zachován, tj. nemůže být vytvořen ani zničen. Může se však rozptýlit. „Chemický potenciál elektrického náboje“ řídí tuto difúzi: elektrický náboj, jako cokoli jiného, bude mít tendenci difundovat z oblastí s vyšším chemickým potenciálem do oblastí s nižším chemickým potenciálem. Ostatní konzervované množství, jako je baryonové číslo, jsou stejné. Ve skutečnosti je každé konzervované množství spojeno s chemickým potenciálem a odpovídající tendencí k difúzi, aby se vyrovnalo.

v případě elektronů závisí chování na teplotě a kontextu. Při nízkých teplotách, bez přítomnosti pozitronů, elektrony nemohou být vytvořeny nebo zničeny. Proto existuje elektronový chemický potenciál, který se může lišit v prostoru a způsobit difúzi. Při velmi vysokých teplotách, nicméně, elektrony a pozitrony mohou spontánně objevují z vakua (pár výroby), takže chemický potenciál elektronů samy o sobě se stává méně užitečné množství, než je chemický potenciál zachovaných množství jako (elektrony minus pozitrony).

chemické potenciály bosonů a fermionů souvisí s počtem částic a teplotou podle Bose-Einsteinovy statistiky a Fermiho-Diracovy statistiky.

ideální vs. non-ideální solutionsEdit

chemický potenciál složky i v roztoku (vlevo) ideální a (vpravo) reálné řešení,

Obecně chemický potenciál je dán jako součet ideální příspěvek a přebytek příspěvek:

μ i = μ i ideální + μ i přebytek , {\displaystyle \mu _{i}=\mu _{i}^{\text{ideální}}+\mu _{i}^{\text{přebytek}},}

V ideálním roztoku, chemický potenciál druhu i (µi) je závislá na teplotě a tlaku. µi0 (T, P) je definován jako chemický potenciál čistých druhů i. Vzhledem k této definici, chemický potenciál druhů, které jsem v ideální řešení je,

μ jsem ideální ≈ μ jsem 0 + R T ln ⁡ ( x i ) , {\displaystyle \mu _{i}^{\text{ideální}}\approx \mu _{i0}+RT\ln(x_{i}),}

kde R je plynová konstanta, a x i {\displaystyle x_{i}}

je molární zlomek druhů, které jsem obsažené v roztoku. Všimněte si, že aproximace je platná pouze pro x i {\displaystyle x_{i}}

blížící se nule.

Tato rovnice předpokládá, že μ i {\displaystyle \mu _{i}}

závisí pouze na molární zlomek ( x i {\displaystyle x_{i}}

) obsažené v roztoku. To zanedbává intermolekulární interakci mezi druhem i se sebou samým a jinými druhy . To lze korigovat faktoringem v koeficientu aktivity druhu i, definovaném jako yi. Tato oprava výnosy μ i = μ i 0 ( T , P ) + R T ln ⁡ ( x i ) + R T ln ⁡ ( γ i ) = μ i 0 ( T , P ) + R T ln ⁡ ( x i γ i ) . {\displaystyle \mu _{i}=\mu _{i0}(T,P)+RT\ln(x_{i})+RT\ln(\gamma _{i})=\mu _{i0}(T,P)+RT\ln(x_{i}\gamma _{i}).}