ХИМИ́ЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИА́Л

ХИМИ́ЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИА́Л, тер­мо­ди­на­мич. функ­ция, оп­ре­де­ляю­щая из­ме­не­ние по­тен­циа­лов тер­мо­ди­на­ми­че­ских при из­ме­не­нии чис­ла час­тиц в сис­те­ме и не­об­хо­ди­мая для опи­са­ния со­стоя­ния от­кры­тых сис­тем (с пе­ре­мен­ным чис­лом час­тиц). Для i-го ком­по­нен­та мно­го­ком­по­нент­ной сис­те­мы Х. п. $(μ_i)$ ра­вен ча­ст­ной про­из­вод­ной от лю­бо­го из тер­моди­на­мич. по­тен­циа­лов (внут­рен­ней энер­гии $U$, эн­таль­пии $H$, Гельм­голь­ца энер­гии $F$ или Гиб­бса энер­гии $G$) фа­зы по ко­ли­че­ст­ву это­го ком­по­нен­та $(n_i)$ при фик­си­ров. зна­че­ни­ях со­от­вет­ст­вую­щих ес­те­ст­вен­ных пе­ре­мен­ных (эн­тро­пии $S$, объ­ё­ме $V$, дав­ле­нии $p$, аб­со­лют­ной темп-ре $T$, ко­ли­че­ст­ве ос­таль­ных ком­по­нен­тов $n_j$): $$μ_i=\left( \frac{\partial U}{\partial n_i} \right)_{S,V,n_{j\neq i}}=\left( \frac{\partial H}{\partial n_i} \right)_{S,P,n_{j\neq i}}= \\ =\left( \frac{\partial F}{\partial n_i} \right)_{T,V,n_{j\neq i}}=\left( \frac{\partial G}{\partial n_i} \right)_{T,P,n_{j\neq i}}.$$По­ня­тие Х. п. вве­де­но Дж. У. Гиб­бсом в 1875 при рас­смот­ре­нии хи­мич. рав­но­ве­сия в мно­го­ком­по­нент­ных сис­те­мах (от­сю­да назв.).

Х. п. яв­ля­ет­ся пар­ци­аль­ной моль­ной энер­ги­ей Гиб­бса, от­ку­да сле­ду­ет $G=\sum_i μ_i n_i$. Для ин­ди­ви­ду­аль­ных ве­ществ$(i=1)$ Х. п. ра­вен моль­ной энер­гии Гибб-са: $μ=\frac{G}{n}=G_m$Как и др. пар­ци­аль­ные моль­ные ве­ли­чи­ны, Х. п. ком­по­нен­тов рас­тво­ра взаи­мо­за­ви­си­мы. Вид этой за­ви­си­мо­сти ус­та­нав­ли­ва­ет­ся урав­не­ни­ем Гибб­са – Дю­ге­ма: $-SdT+Vdp-\sum_i n_i dμ_i=0$, ко­то­рая при фик­си­ров. дав­ле­нии и темп-ре сво­дит­ся к урав­не­нию $\sum_i n_idμ_i=0$. Это вы­ра­же­ние по­зво­ля­ет рас­счи­ты­вать Х. п. ком­по­нен­та рас­тво­ра по из­вест­ным за­ви­си­мо­стям от со­ста­ва Х. п. др. ком­по­нен­тов. Х. п. как пар­ци­аль­ное моль­ное свой­ст­во ком­по­нен­тов го­мо­ген­ной сис­те­мы – ин­тен­сив­ная ве­ли­чи­на, за­ви­ся­щая от темп-ры, дав­ле­ния и кон­цен­траций др. ком­по­нен­тов: $\left( \frac{\partial μ_i}{\partial T} \right)_{P, n_{j\neq i}}=-\overline S_i$, $\left( \frac{\partial μ_i}{\partial p} \right)_{T, n_{j\neq i }}=\overline V_i$ где $\overline S_i$ и $\overline V_i$ – пар­ци­аль­ныемоль­ные эн­тропия и объ­ём со­от­вет­ст­вен­но. Для га­зо­вых рас­тво­ров за­ви­си­мость Х. п. от со­ста­ва при­ни­ма­ет следую­щий вид: $μ_i(T,P)=μ_i^0(T)+RT\ln \frac{f_i}{p^0}$ где $μ_i^0(T)$ – стан­дарт­ный Х. п. i-го га­за(его Х. п. в со­стоя­нии чис­то­го ве­ще­ст­ва при за­дан­ной темп-ре и дав­ле­нии 1 бар); $f_i$ – ле­ту­честь (фу­ги­тив­ность) i-го ком­по­нен­та, ко­то­рая в при­бли­же­нии иде­аль­но­го га­за рав­на $p_i$ (пар­ци­аль­но­му дав­ле­нию i-го га­за в сме­си); $p^0$ – стан­дарт­ное дав­ле­ние, рав­ное 1 бар; $R$ – уни­вер­саль­ная га­зо­вая по­сто­ян­ная. Для жид­ких и твёр­дых рас­тво­ров Х. п. за­висит от со­ста­ва сле­дую­щим об­ра­зом: $μ_i(T,p)=μ_i^0(T,p)+RT\ln a_i$ где $μ_i^0$ – стан­дарт­ный Х. п. i-го ком­по­нен­та, т. е. его Х. п. в со­стоя­нии чис­то­го ве­ще­ст­ва при за­дан­ных темп-ре и дав­ле­нии; $a_i$ – тер­мо­ди­на­мич. ак­тив­ность i-го ком­по­нен­та, ко­то­рая в при­бли­же­нии иде­аль­но­го рас­тво­ра рав­на $x_i$ (моль­ной до­ли i-го ком­по­нен­та рас­тво­ра).

Х. п. ис­поль­зу­ют для опи­са­ния тер­моди­на­мич. свойств рас­тво­ров, рас­чё­та рав­но­вес­ных со­ста­вов фаз (см. Фа­зо­вое рав­но­ве­сие, Хи­ми­че­ское рав­но­ве­сие).