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物理与化学电源 · 第三章 热力学语言、电池电压与化学势 · 先搭起热力学—电化学的桥

化学势:物质“还想往哪儿去”的账本

化学势是组分的偏摩尔 Gibbs 自由能;在给定温度和压力下,组分有从高化学势一侧向低化学势一侧转移的趋势,直到平衡时相等。

对多组分体系,增加极少量某一组分时 Gibbs 自由能怎样变化,用该组分的化学势描述。理想化表达中 μᵢ = μᵢ° + RT ln aᵢ;这里的活度 aᵢ 是无量纲的有效热力学量。稀溶液中用浓度近似活度有时方便,但不能把它升级为普遍真理:浓电解液、强相互作用体系或固体电极中,活度系数可能很重要。

开始自测

学完要会什么

能解释化学势的方向性含义,知道活度是能斯特方程中的严格变量,并说明浓度近似何时需要谨慎。

做题前先检查

  • 化学势的常用定义为 μᵢ = (∂G/∂nᵢ)T,p,nⱼ≠ᵢ。
  • 活度是无量纲量;标准态的选取必须与模型和数据表一致。
  • “从高 μ 到低 μ”描述给定约束下的自发转移趋势,不能脱离温度、压力和其他约束孤立使用。

先回忆,再看答案

用三个问题检查是否真的理解

1. 两相中某组分 B 的化学势不相等时,B 的净转移方向如何判断?

提示:找更高的 μ。

2. 能斯特方程里为什么更严格地写活度而非直接写浓度?

提示:溶液是否总是理想的?

3. μᵢ 是“每摩尔物质拥有的能量”吗?

提示:它与哪个状态函数的偏导有关?

关键公式

常见易错点

  • 把活度 aᵢ 当作带单位的浓度。
  • 认为只要浓度相同,任意体系中的化学势就一定相同。