Potenziale chimico

Elettroni nei solidimodifica

Gli elettroni nei solidi hanno un potenziale chimico, definito allo stesso modo del potenziale chimico di una specie chimica: il cambiamento di energia libera quando gli elettroni vengono aggiunti o rimossi dal sistema. Nel caso degli elettroni, il potenziale chimico è solitamente espresso in energia per particella piuttosto che in energia per mole, e l’energia per particella è convenzionalmente data in unità di elettronvolt (eV).

Il potenziale chimico svolge un ruolo particolarmente importante nella fisica dello stato solido ed è strettamente correlato ai concetti di funzione di lavoro, energia di Fermi e livello di Fermi. Ad esempio, il silicio di tipo n ha un potenziale chimico interno più elevato degli elettroni rispetto al silicio di tipo P. In un diodo a giunzione p-n all’equilibrio il potenziale chimico (potenziale chimico interno) varia dal lato di tipo p al lato di tipo n, mentre il potenziale chimico totale (potenziale elettrochimico, o livello di Fermi) è costante in tutto il diodo.

Come descritto sopra, quando si descrive il potenziale chimico, si deve dire “relativo a cosa”. Nel caso degli elettroni nei semiconduttori, il potenziale chimico interno è spesso specificato rispetto a qualche punto conveniente nella struttura della banda, ad esempio, al fondo della banda di conduzione. Può anche essere specificato “relativo al vuoto”, per produrre una quantità nota come funzione di lavoro, tuttavia, la funzione di lavoro varia da superficie a superficie anche su un materiale completamente omogeneo. Il potenziale chimico totale, d’altra parte, è solitamente specificato rispetto alla terra elettrica.

In fisica atomica, il potenziale chimico degli elettroni in un atomo è talvolta detto di essere il negativo dell’elettronegatività dell’atomo. Allo stesso modo, il processo di equalizzazione del potenziale chimico è talvolta indicato come il processo di equalizzazione dell’elettronegatività. Questa connessione proviene dalla scala di elettronegatività di Mulliken. Inserendo le definizioni energetiche del potenziale di ionizzazione e dell’affinità elettronica nell’elettronegatività di Mulliken, si vede che il potenziale chimico di Mulliken è un’approssimazione a differenza finita dell’energia elettronica rispetto al numero di elettroni., cioè,

μ Mulliken = – χ Mulliken = – I P + E A 2 = δ N] N = N 0 . Il nostro sito utilizza cookie tecnici e di terze parti per migliorare la tua esperienza di navigazione. il nostro sito utilizza cookie tecnici e di terze parti per migliorare la tua esperienza di navigazione………………………}

Particelle sub-nuclearimodifica

Negli ultimi anni, la fisica termica ha applicato la definizione del potenziale chimico ai sistemi in fisica delle particelle e ai suoi processi associati. Ad esempio, in un plasma di quark–gluoni o altra materia QCD, in ogni punto dello spazio c’è un potenziale chimico per i fotoni, un potenziale chimico per gli elettroni, un potenziale chimico per il numero di barioni, carica elettrica e così via.

Nel caso dei fotoni, i fotoni sono bosoni e possono apparire o scomparire molto facilmente e rapidamente. Pertanto, all’equilibrio termodinamico, il potenziale chimico dei fotoni è sempre e ovunque zero. La ragione è che, se il potenziale chimico da qualche parte era superiore a zero, i fotoni scomparirebbero spontaneamente da quell’area fino a quando il potenziale chimico non tornasse a zero; allo stesso modo, se il potenziale chimico da qualche parte fosse inferiore a zero, i fotoni apparirebbero spontaneamente fino a quando il potenziale chimico non tornasse a zero. Poiché questo processo avviene estremamente rapidamente (almeno, si verifica rapidamente in presenza di materia carica densa), è lecito supporre che il potenziale chimico del fotone non sia mai diverso da zero.

La carica elettrica è diversa perché è conservata, cioè non può essere né creata né distrutta. Può, tuttavia, diffondersi. Il” potenziale chimico della carica elettrica ” controlla questa diffusione: la carica elettrica, come qualsiasi altra cosa, tenderà a diffondersi da aree di potenziale chimico più elevato a aree di potenziale chimico inferiore. Altre quantità conservate come il numero di barioni sono le stesse. Infatti, ogni quantità conservata è associata ad un potenziale chimico e ad una corrispondente tendenza a diffondersi per pareggiarla.

Nel caso degli elettroni, il comportamento dipende dalla temperatura e dal contesto. A basse temperature, senza positroni presenti, gli elettroni non possono essere creati o distrutti. Di conseguenza, c’è un potenziale chimico dell’elettrone che potrebbe variare nello spazio, causante la diffusione. A temperature molto elevate, tuttavia, elettroni e positroni possono apparire spontaneamente dal vuoto (produzione di coppie), quindi il potenziale chimico degli elettroni da soli diventa una quantità meno utile del potenziale chimico delle quantità conservate come (elettroni meno positroni).

I potenziali chimici dei bosoni e dei fermioni sono correlati al numero di particelle e alla temperatura rispettivamente dalle statistiche di Bose–Einstein e di Fermi–Dirac.

Ideale vs. non ideale solutionsEdit

Il potenziale chimico del componente i in soluzione (a sinistra) e ideale (a destra) soluzioni reali

in genere il potenziale chimico è dato come somma di un contributo ideale e un eccesso di contributo:

µ i = µ i ideale + μ ho in eccesso , {\displaystyle \mu _{i}=\mu _{i}^{\text{ideale}}+\mu _{i}^{\text{eccesso}},}

In una soluzione ideale, il potenziale chimico della specie che ho (µi) dipende dalla temperatura e pressione. µi0 (T, P) è definito come il potenziale chimico della specie pura i. Data questa definizione, il potenziale chimico della specie che ho in una soluzione ideale è

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

dove R è la costante dei gas, e x i {\displaystyle x_{i}}

è la frazione molare della specie i contenuti nella soluzione. Si noti che l’approssimazione è valida solo per x i {\displaystyle x_{i}}

non si avvicina a zero.

Questa equazione si presuppone che m i {\displaystyle \mu _{i}}

dipende unicamente dalla frazione molare ( x i {\displaystyle x_{i}}

) contenuta nella soluzione. Questo trascura l’interazione intermolecolare tra specie i con se stessa e altre specie . Questo può essere corretto prendendo in considerazione il coefficiente di attività della specie i, definita come yi. Questa correzione produce 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). La funzione di visualizzazione è la seguente: * * * * * * * * * * * * * * * * * * * i dati sono stati raccolti in un apposito modulo per la gestione dei dati personali e per la gestione dei dati personali.}