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 виражається формулою:
де — електрохімічна енергія Гіббса, що враховує електричне поле всередині фази, — число молей різноманітних компонентів в цій фазі, — температура, — тиск.
Розрахунок електрохімічного потенціалу
Електрохімічний потенціал частинки в точці в об'ємі певної фази визначається як робота, яку необхідно здійснити при перенесенні частинки із точки, де потенціал дорівнює нулю, до точки . Цей потенціал можна виміряти, якщо умовно розділити фазу на дві складові:
- гомогенний об'єм, що не містить подвійного шару
- оболонка, що містить заряд і подвійний шар.
- Формально електрохімічний потенціал розбивають на два додатки, що характеризують хімічну і електричну складові такої роботи:
де — хімічний потенціал i-того компоненту, — валентність (заряд) частинки, — електростатичний потенціал чи внутрішній потенціал, — елементарний заряд; член виражає роботу з подолання електричних сил. Якщо електрохімічний потенціал відноситься до 1 моля речовини, цей член дорівнює , де — 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.
де — зовнішній потенціал, — поверхневий потенціал.
Зовнішній потенціал можна виміряти з теорії електростатики. Поверхневий потенціал виміряти неможливо.
Гальвані- та вольта- потенціали
Якщо розглядати різницю потенціалів між двома фазами і то можна визначити гальвані-потенціал () і вольта-потенціал (). Вольта-потенціал можна виміряти експериментально, а гальвані-потенціал можна виміряти лише за умови коли обидві фази мають однаковий склад.
В цьому випадку:
чи, враховуючи, що , адже склад фаз ідентичний
Різниця потенціалів () є, таким чином, величиною, яку можна виміряти, так як вона є пропорційною різниці електрохімічних потенціалів. Різниця () дорівнює ЕРС комірки, що має два виводи з металів ідентичного складу.
Див. також
Посилання
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. — ISBN 978-966-335-206-0