Քիմիական պոտենցիալ

Քիմիական պոտենցիալ, նշանակումը՝ $\mu$, թերմոդինամիկական ֆունկցիա, որը կիրառվում է փոփոխական թվով մասնիկներից կազմված համակարգի վիճակը նկարագրելու համար։ Սահմանում է թերմոդինամիկական պոտենցիալների (Գիբսի էներգիայի, ներքին էներգիայի, էնտալպիայի և այլն) փոփոխությունը համակարգում մասնիկների թվի փոփոխության ժամանակ։ Քիմիական պոտենցիալն առանց աշխատանք կատարելու համակարգի մեկ մասնիկին հաղորդված էներգիան է։ Կիրառվում է նյութական փոխազդեցությունները նկարագրելու համար։

Կիսահաղորդիչների ֆիզիկայում էլեկտրոնների համակարգի քիմիական պոտենցիալը 0 աստիճան Կելվինում հայտնի է որպես Ֆերմիի էներգիա։

Սահմանում

Քիմիական պոտենցիալի սահմանումը կարելի է գրել

$dE=TdS-PdV+\mu dN$

տեսքով, որտեղ $E$-ն համակարգի էներգիան է, $S$-ը՝ էնտրոպիան, $N$-ը՝ մասնիկների թիվը համակարգում։

Բացի $\mu$ քիմիական պոտենցիալից, այս բանաձևը սահմանում է նաև $P$ ճնշումը և $T$ ջերմաստիճանը։

Մեկ բաղադրիչից կազմված համակարգի համար քիմիական պոտենցիալը տրվում է

$\mu ={E-TS+PV \over N}={G \over N}$,

բանաձևով, որտեղ $G$-ն Գիբսի պոտենցիալն է։

Եթե համակարգի էներգիան կախված է ոչ թե ծավալից, այլ $A_{1},A_{2}...$ այլ թերմոդինամիկական պարամետրերից, սկզբնական բանաձևն ընդունում է

$dE=TdS-\sum _{i}a_{i}dA_{i}+\mu dN$

տեսքը։

Եթե համակարգում կան մի քանի տարբեր տիպի մասնիկներ, ուրեմն կան նույնքան տարբեր տիպի պոտենցիալներ։

Քիմիական պոտենցիալի կապը ազատ էներգիայի հետ կոչվում է մեծ թերմոդինամիկական պոտենցիալ։

Եթե համակարգը գտնվում է էլեկտրական դաշտում, ապա էլեկտրապես լիցքավորված մասնիկների քիմիական պոտենցիալը կոչվում է էլեկտրաքիմիական պոտենցիալ (տերմինը 1929 թվականին առաջարկել է Է․ Ա․ Գուգենհեյմը)։ Այս հատուկ անվանումը պահանջվել է էլեկտրաքիմիական պոտենցիալը պայմանականորեն ոչ էլեկտրական և էլեկտրական մասերի բաժանելու հետևանքով։ Տեսության մեջ այս բաժանումը զուտ ձևական բնույթ ունի, քանի որ էլեկտրական լիցքալիրներ են հանդես գալիս այդ նույն բանաձևային միավորները, որոնց հետ հարաբերակցվում է սովորական քիմիական պոտենցիալը և այդ պատճառով դրա քիմիական և էլեկտրական բաղադրիչներն առանձին սահմանելու եղանակ չկա։ Գործնականում էլեկտրաքիմիական պոտենցիալի բաժանումը երկու մասի լավ մոտարկում է, որովհետև բնության մեջ գոյություն ունեն մասնիկներ (էլեկտրոններ և պոզիտրոններ), որոնց համար զանգվածների փոքր լինելու հետևանքով ոչ էլեկտրական բաղադրիչի ներդրումն էլեկտրաքիմիական պոտենցիալում փոքր է՝ համեմատած էլեկտրական բաղադրիչի հետ։

Անիզոտրոպ մարմնի քիմիական պոտենցիալը երկրորդ ռանգի թենզոր է, որը կախված է լարվածությունների թենզորից։ Ինչպես և լարվածությունների թենզորը, որը իզոտրոպ միջավայրերում դառնում է գնդաձև, իզոտրոպ միջավայրերում քիմիական պոտենցիալի գնդաձև թենզորը տալու համար մեկ սկալյար մեծությունը բավական է։

Տես նաև

• Թերմոդինամիկական պոտենցիալներ
• Էլեկտրաքիմիական պոտենցիալ
• Գիբսի էներգիա
• Ֆերմիի մակարդակ

Գրականություն

• Callen H. B. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. — N. Y. e. a.: John Wiley, 1985. — xvi + 493 с. — ISBN 0471862568, 9780471862567
• Guggenheim E. A. Thermodynamics: An Advanced Treatment for Chemists and Physicists. — Amsterdam: North-Holland, 1985. — xxiv + 390 с. — ISBN 0 444 86951 4
• БСЭ, Химический потенциал
• Большая физическая энциклопедия в 5-ти томах. Гл. ред. А. М. Прохоров. Москва «Советская энциклопедия» 1988 г.
• Гуггенгейм Современная термодинамика, изложенная по методу У. Гиббса / Пер. под ред. проф. С. А. Щукарева. — Л.—М.: Госхимиздат, 1941. — 188 с.
• Заславский Б. В. Краткий курс сопротивления материалов. — М.: Машиностроение, 1986. — 328 с.
• Мейз Дж. Теория и задачи механики сплошных сред. — М.: Мир, 1974. — 319 с.
• Румер Ю. Б., Рывкин М. Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. М., Наука, 1977. 552 с.
• G. Cook and R. H. Dickerson «Understanding the chemical potential», American Journal of Physics 63 pp. 737—742 (1995)
• Русанов А. И. Лекции по термодинамике поверхностей. — СПб.—М.—Краснодар: Лань, 2013. — 237 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-1487-1
• Салем Р. Р. Физическая химия. Термодинамика. — М.: Физматлит, 2004. — 351 с. — ISBN 5-9221-0078-5
• T. A. Kaplan «The Chemical Potential», Journal of Statistical Physics 122 pp. 1237—1260 (2006)