Kemisk potentiale

elektroner i fast stofrediger

elektroner i faste stoffer har et kemisk potentiale, defineret på samme måde som det kemiske potentiale for en kemisk art: ændringen i fri energi, når elektroner tilsættes eller fjernes fra systemet. I tilfælde af elektroner udtrykkes det kemiske potentiale normalt i energi pr. partikel snarere end energi pr.mol, og energien pr. partikel er konventionelt givet i enheder af elektronvolt (eV).kemisk potentiale spiller en særlig vigtig rolle i solid state fysik og er tæt forbundet med begreberne arbejdsfunktion, Fermi energi og Fermi niveau. For eksempel har n-type silicium et højere internt kemisk potentiale for elektroner end p-type silicium. I en p-n-krydsdiode ved ligevægt varierer det kemiske potentiale (internt kemisk potentiale) fra p-type til n-type side, mens det samlede kemiske potentiale (elektrokemisk potentiale eller Fermi-niveau) er konstant i hele dioden.

som beskrevet ovenfor, når man beskriver kemisk potentiale, må man sige “i forhold til hvad”. I tilfælde af elektroner i halvledere specificeres internt kemisk potentiale ofte i forhold til et passende punkt i båndstrukturen, f.eks. til bunden af ledningsbåndet. Det kan også specificeres” i forhold til vakuum ” for at give en mængde kendt som arbejdsfunktion, men arbejdsfunktionen varierer fra overflade til overflade, selv på et helt homogent materiale. Det samlede kemiske potentiale er derimod normalt specificeret i forhold til elektrisk jord.

i atomfysik siges det kemiske potentiale af elektronerne i et atom undertiden at være det negative af atomets elektronegativitet. Ligeledes kaldes processen med kemisk potentiel udligning undertiden processen med elektronegativitetsudligning. Denne forbindelse kommer fra Mulliken electronegativity scale. Ved at indsætte de energiske definitioner af ioniseringspotentialet og elektronaffiniteten i Mulliken elektronegativitet ses det, at Mulliken kemiske potentiale er en endelig forskel tilnærmelse af den elektroniske energi med hensyn til antallet af elektroner., dvs.,

Larvik Mulliken = – Larvik Mulliken = – I P + E A 2 = Larvik n] n = n 0 . {\displaystyle \ mu _{\tekst{Mulliken}}= – \ chi _{\tekst{Mulliken}}= – {\frac {IP + EA}{2}}=\venstre} {\delta N}} \ højre]_{N=n_{0}}.}

Sub-nuclear particlesEdit

i de senere år har termisk fysik anvendt definitionen af kemisk potentiale på systemer i partikelfysik og dets tilknyttede processer. For eksempel i et kvark–gluonplasma eller andet KVCD-stof er der på hvert punkt i rummet et kemisk potentiale for fotoner, et kemisk potentiale for elektroner, et kemisk potentiale for baryontal, elektrisk ladning og så videre.

i tilfælde af fotoner er fotoner bosoner og kan meget let og hurtigt vises eller forsvinde. Derfor er fotons kemiske potentiale ved termodynamisk ligevægt altid og overalt nul. Årsagen er, at hvis det kemiske potentiale et eller andet sted var højere end nul, ville fotoner spontant forsvinde fra dette område, indtil det kemiske potentiale gik tilbage til nul; ligeledes, hvis det kemiske potentiale et eller andet sted var mindre end nul, ville fotoner spontant dukke op, indtil det kemiske potentiale gik tilbage til nul. Da denne proces forekommer ekstremt hurtigt (i det mindste forekommer den hurtigt i nærvær af tæt ladet stof), er det sikkert at antage, at fotonkemisk potentiale aldrig adskiller sig fra nul.

elektrisk ladning er forskellig, fordi den er bevaret, dvs.den kan hverken oprettes eller ødelægges. Det kan dog diffundere. Det “kemiske potentiale ved elektrisk ladning” styrer denne diffusion: elektrisk ladning, som alt andet, vil have tendens til at diffundere fra områder med højere kemisk potentiale til områder med lavere kemisk potentiale. Andre konserverede mængder som baryontal er de samme. Faktisk er hver konserveret mængde forbundet med et kemisk potentiale og en tilsvarende tendens til at diffundere for at udligne det.

i tilfælde af elektroner afhænger adfærden af temperatur og kontekst. Ved lave temperaturer, uden positroner til stede, kan elektroner ikke oprettes eller ødelægges. Derfor er der et elektronkemisk potentiale, der kan variere i rummet og forårsage diffusion. Ved meget høje temperaturer kan elektroner og positroner imidlertid spontant vises ud af vakuumet (parproduktion), så elektronernes kemiske potentiale i sig selv bliver en mindre nyttig mængde end det kemiske potentiale i de konserverede mængder som (elektroner minus positroner).

de kemiske potentialer for bosoner og fermioner er relateret til antallet af partikler og temperaturen ved henholdsvis Bose–Einstein–statistik og Fermi-Dirac-statistik.

ideel vs. ikke-ideelle løsningerredit

det kemiske potentiale for komponent i i opløsning til (venstre) ideelle og (højre) reelle løsninger

generelt gives det kemiske potentiale som en sum af et ideelt bidrag og et overskydende bidrag:

prisT i = prisT i ideal + prisT i overskud , {\displaystyle \mu _{i}=\mu _{i}^{\tekst{ideal}}+\mu _{i}^{\tekst{overskud}},}

i en ideel løsning er det kemiske potentiale for art i (kursi) afhængig af temperatur og tryk. rili0 (T, P) er defineret som det kemiske potentiale af rene arter i. I betragtning af denne definition er det kemiske potentiale for art i i en ideel løsning

Lira i ideal lira i 0 + R T Ln Lira ( k i), {\displaystyle \MU _{i}^{\tekst{ideal}}\ca \mu _{I0}+rt\Ln(k_{i}),}

hvor R er gaskonstanten, og H {\displaystyle H_{i}}

er molfraktionen af arter, jeg indeholdt i opløsningen. Bemærk, at tilnærmelsen kun er gyldig i {\displaystyle H_{i}}

nærmer sig ikke nul.

denne ligning forudsætter, at det kun afhænger af molfraktionen i {\displaystyle \mu _{i}}

kun afhænger af molfraktionen ( i {\displaystyle H_{i}}

) indeholdt i opløsningen . Dette forsømmer intermolekylær interaktion mellem art i med sig selv og andre arter . Dette kan korrigeres ved at indregne aktivitetskoefficienten for art i, defineret som yi. Denne korrektion udbytter μ i = μ jeg 0 ( T , S ) + R-T ln ⁡ ( x i ) + R T ln ⁡ ( γ i ) = μ jeg 0 ( T , S ) + R-T ln ⁡ ( x jeg γ i ) . {\displaystyle \mu _{i}= \ mu _{i0} (T,P)+RT\ln (s_{i})+RT\Ln (\gamma _{i})=\mu _{i0} (T,P)+RT\ln (S_{i}\gamma _{i}).}