Kjemisk potensial

Elektroner i faste stoffer [rediger/rediger kilde] Fermi-nivå

Elektroner i faste stoffer har et kjemisk potensial, definert på samme måte som det kjemiske potensialet til en kjemisk art: endringen i fri energi når elektroner legges til eller fjernes fra systemet. I tilfelle av elektroner uttrykkes det kjemiske potensialet vanligvis i energi per partikkel i stedet for energi per mol, og energien per partikkel er konvensjonelt gitt i enheter av elektronvolt (eV).Kjemisk potensial spiller en spesielt viktig rolle i faststofffysikk og er nært knyttet til begrepene arbeidsfunksjon, Fermi-energi og Fermi-nivå. For eksempel har n-type silisium et høyere internt kjemisk potensial for elektroner enn p-type silisium. I en pn–koblingsdiode ved likevekt varierer det kjemiske potensialet (internt kjemisk potensial) fra p-type til n-type side, mens det totale kjemiske potensialet (elektrokjemisk potensial eller Fermi-nivå) er konstant gjennom dioden.

som beskrevet ovenfor, når man beskriver kjemisk potensial, må man si «i forhold til hva». Når det gjelder elektroner i halvledere, er det ofte angitt internt kjemisk potensial i forhold til et passende punkt i båndstrukturen, for eksempel til bunnen av ledningsbåndet. Det kan også spesifiseres «i forhold til vakuum», for å gi en mengde kjent som arbeidsfunksjon, men arbeidsfunksjonen varierer fra overflate til overflate selv på et helt homogent materiale. Totalt kjemisk potensial, derimot, er vanligvis spesifisert i forhold til elektrisk jord.i atomfysikk er det kjemiske potensialet til elektronene i et atom noen ganger sagt å være det negative av atomets elektronegativitet. På samme måte blir prosessen med kjemisk potensialutjevning noen ganger referert til som prosessen med elektronegativitetsutjevning. Denne forbindelsen kommer fra Mulliken electronegativity scale. Ved å sette inn de energiske definisjonene av ioniseringspotensialet og elektronaffiniteten i Mulliken electronegativity, er Det sett At Mulliken kjemiske potensialet er en endelig forskjell tilnærming av elektronisk energi med hensyn til antall elektroner., dvs.

μ Mulliken = – χ Mulliken = – I P + E A 2 = hryvnias N] N = n 0 . {\displaystyle\mu _{\text{Mulliken}}=-\chi _{\text{Mulliken}}=-{\FRAC {IP+EA}{2}}= \ venstre} {\delta N}} \ høyre]_{n=n_{0}}.}

sub-nuclear particlesEdit

i de senere år har termisk fysikk anvendt definisjonen av kjemisk potensial til systemer i partikkelfysikk og tilhørende prosesser. For eksempel, i et kvarkgluonplasma eller annet qcd–materiale, er det på hvert punkt i rommet et kjemisk potensial for fotoner, et kjemisk potensial for elektroner, et kjemisk potensial for baryonnummer, elektrisk ladning og så videre.

i tilfelle av fotoner er fotoner bosoner og kan veldig enkelt og raskt vises eller forsvinne. Derfor, ved termodynamisk likevekt, er det kjemiske potensialet for fotoner alltid og overalt null. Årsaken er at hvis det kjemiske potensialet et sted var høyere enn null, ville fotoner spontant forsvinne fra det området til det kjemiske potensialet gikk tilbake til null; på samme måte, hvis det kjemiske potensialet et sted var mindre enn null, ville fotoner spontant vises til det kjemiske potensialet gikk tilbake til null. Siden denne prosessen skjer ekstremt raskt (i det minste skjer det raskt i nærvær av tett ladet materiale), er det trygt å anta at fotonkjemisk potensial aldri er forskjellig fra null.

Elektrisk ladning er forskjellig fordi den er bevart, dvs. den kan verken opprettes eller ødelegges. Det kan imidlertid diffundere. Det» kjemiske potensialet for elektrisk ladning » styrer denne diffusjonen: Elektrisk ladning, som alt annet, vil ha en tendens til å diffundere fra områder med høyere kjemisk potensial til områder med lavere kjemisk potensial. Andre konserverte mengder som baryon nummer er de samme. Faktisk er hver konservert mengde forbundet med et kjemisk potensial og en tilsvarende tendens til å diffundere for å utjevne det.

i tilfelle av elektroner avhenger oppførselen av temperatur og kontekst. Ved lave temperaturer, uten positroner tilstede, kan elektroner ikke opprettes eller ødelegges. Derfor er det et elektron kjemisk potensial som kan variere i rommet, forårsaker diffusjon. Ved svært høye temperaturer kan imidlertid elektroner og positroner spontant komme ut av vakuumet( parproduksjon), slik at det kjemiske potensialet til elektroner i seg selv blir en mindre nyttig mengde enn det kjemiske potensialet til de konserverte mengdene som (elektroner minus positroner).de kjemiske potensialene til bosoner og fermioner er relatert til antall partikler og temperaturen ved Henholdsvis Bose–Einstein–statistikk og Fermi-Dirac-statistikk.

Ideell vs.

Generelt er det kjemiske potensialet gitt som en sum av et ideelt bidrag et overskuddsbidrag: μ i = μ i ideell + μ i overskudd , {\displaystyle \mu _{i}=\mu _{i}^{\text{ideal}}+\mu _{i}^{\text{excess}},}

i en ideell løsning er det kjemiske potensialet til art i (µ) avhengig av temperatur og trykk. µ 0 (T, P) er definert som det kjemiske potensialet til rene arter i. Gitt denne definisjonen er det kjemiske potensialet til arter i i en ideell løsning

μ i ideell ≈ μ i 0 + r T ln ⁡ ( x i), {\displaystyle \mu _{i}^{\text{ideal}}\approx \mu _{i0}+rt\ln(x_{i}),}

hvor r er gasskonstanten, og x i {\displaystyle x_ {i}}

er molfraksjonen av arter jeg inneholdt i løsningen. Merk at tilnærmingen bare er gyldig for x i {\displaystyle x_{i}}

ikke nærmer seg null.

denne ligningen antar at μ i {\displaystyle \ mu _{i}}

bare avhenger av molfraksjonen ( x i {\displaystyle x_{i}}

) inneholdt i løsningen . Dette forsømmer intermolekylær interaksjon mellom arter i med seg selv og andre arter . Dette kan korrigeres for ved factoring i aktivitetskoeffisienten av art i, definert som yi. Denne korrigeringen gir μ jeg = μ jeg 0 ( T , P ) + R T ln ⁡ ( x i ) + R T ln ⁡ ( γ jeg ) = μ jeg 0 ( T , P ) + R T ln ⁡ ( x jeg γ jeg ) . {\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}).}