Електрохімічний потенціал

Електрохімі́чний потенціа́л — термодинамічна функція, що характеризує стан якого-небудь компоненту, що складається із заряджених частинок (електронів, іонів), у фазі даного складу. Електрохімічний потенціал може бути визначений як приріст будь-якого з термодинамічних потенціалів системи при введенні в неї однієї зарядженої частинки i-того компоненту при незмінних решти всіх змінних, від яких залежить даний потенціал. Таким чином, різниця електрохімічних потенціалів між двома точками є енергією, яка буде виділена в системі при переміщенні частинки між ними. Електрохімічний потенціал ${\displaystyle {\tilde {\mu _{i}}}\,}$ виражається формулою:

Електрохімічний потенціал
Досліджується в	термодинаміка

${\displaystyle {\tilde {\mu }}_{\mathrm {i} }=\left({\frac {\partial G}{\partial {n_{\mathrm {i} }}}}\right)_{p,T,n_{\mathrm {j\neq i} }}}$

де ${\displaystyle G}$ — електрохімічна енергія Гіббса, що враховує електричне поле всередині фази, ${\displaystyle n_{j}}$ — число молей різноманітних компонентів ${\displaystyle j}$ в цій фазі, ${\displaystyle T}$ — температура, ${\displaystyle p}$ — тиск.

Розрахунок електрохімічного потенціалу

Електрохімічний потенціал ${\displaystyle {\tilde {\mu _{i}}}\,}$ частинки ${\displaystyle i}$ в точці ${\displaystyle A}$ в об'ємі певної фази визначається як робота, яку необхідно здійснити при перенесенні частинки ${\displaystyle i}$ із точки, де потенціал дорівнює нулю, до точки ${\displaystyle A}$. Цей потенціал можна виміряти, якщо умовно розділити фазу на дві складові:

1. гомогенний об'єм, що не містить подвійного шару
2. оболонка, що містить заряд і подвійний шар.

Формально електрохімічний потенціал розбивають на два додатки, що характеризують хімічну і електричну складові такої роботи:

${\displaystyle {\tilde {\mu _{i}}}=\mu _{i}+z_{i}e\phi \,}$

де ${\displaystyle \mu _{i}\,}$ — хімічний потенціал i-того компоненту, ${\displaystyle z_{i}\,}$ — валентність (заряд) частинки, ${\displaystyle \phi \,}$ — електростатичний потенціал чи внутрішній потенціал, ${\displaystyle e\,}$ — елементарний заряд; член ${\displaystyle z_{i}e\phi \,}$ виражає роботу з подолання електричних сил. Якщо електрохімічний потенціал відноситься до 1 моля речовини, цей член дорівнює ${\displaystyle z_{i}F\phi \,}$, де ${\displaystyle F\,}$ — число Фарадея.

Внутрішній потенціал

Величину внутрішнього потенціалу не можна виміряти безпосередньо. Його можна розділити на дві складові, що відносяться до заряду на вільній оболонці і до орієнтованих диполів подвійного шару.

${\displaystyle \phi =\psi +\chi }$

де ${\displaystyle \psi }$ — зовнішній потенціал, ${\displaystyle \chi }$ — поверхневий потенціал.

Зовнішній потенціал можна виміряти з теорії електростатики. Поверхневий потенціал виміряти неможливо.

Гальвані- та вольта- потенціали

Якщо розглядати різницю потенціалів між двома фазами ${\displaystyle \alpha }$ і ${\displaystyle \beta }$ то можна визначити гальвані-потенціал (${\displaystyle \phi _{\alpha }-\phi _{\beta }}$) і (${\displaystyle \psi _{\alpha }-\psi _{\beta }}$). можна виміряти експериментально, а гальвані-потенціал можна виміряти лише за умови коли обидві фази мають однаковий склад.

В цьому випадку:

${\displaystyle {\tilde {\mu _{\alpha }}}-{\tilde {\mu _{\beta }}}=(\mu _{\alpha }+z_{\alpha }F\phi _{\alpha })-(\mu _{\beta }+z_{\beta }F\phi _{\beta })}$

чи, враховуючи, що ${\displaystyle \mu _{\alpha }=\mu _{\beta }}$, адже склад фаз ідентичний

${\displaystyle {\tilde {\mu _{\alpha }}}-{\tilde {\mu _{\beta }}}=z_{i}F(\phi _{\alpha }-\phi _{\beta })}$

Різниця потенціалів (${\displaystyle \phi _{\alpha }-\phi _{\beta }}$) є, таким чином, величиною, яку можна виміряти, так як вона є пропорційною різниці електрохімічних потенціалів. Різниця (${\displaystyle \phi _{\alpha }-\phi _{\beta }}$) дорівнює ЕРС комірки, що має два виводи з металів ідентичного складу.

Див. також

• Електрохімічний градієнт

Посилання

• Електрохімічний потенціал [ 5 лютого 2015 у Wayback Machine.](рос.)

Література

• Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. —