Το χημικό δυναμικό εξαρτάται από τη θερμοκρασία;

Ναι, το χημικό δυναμικό εξαρτάται σίγουρα από τη θερμοκρασία. Εδώ είναι γιατί:

Κατανόηση του χημικού δυναμικού

* Ορισμός: Το χημικό δυναμικό (μ) είναι μια θερμοδυναμική ποσότητα που αντιπροσωπεύει την μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας ενός συστήματος όταν προστίθεται ένα mole μιας ουσίας, διατηρώντας όλες τις άλλες συνθήκες σταθερές. Είναι ουσιαστικά ένα μέτρο της τάσης μιας ουσίας να μετακινηθεί από μια φάση ή θέση σε άλλη.

* Σχέση κλειδιού: Το χημικό δυναμικό σχετίζεται άμεσα με την ελεύθερη ενέργεια Gibbs (G) μέσω της εξίσωσης:μ =(∂g/∂n) t, p , όπου n είναι ο αριθμός των moles.

* Ελεύθερη ενέργεια και θερμοκρασία: Η ίδια η ελεύθερη ενέργεια Gibbs είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας (t) και της πίεσης (P):G =H - TS, όπου το H είναι ενθαλπία και S είναι εντροπία.

Πώς η θερμοκρασία επηρεάζει το χημικό δυναμικό

* Ο ρόλος της εντροπίας: Η εξάρτηση από τη θερμοκρασία του χημικού δυναμικού προκύπτει κυρίως από τον όρο εντροπίας στην εξίσωση ελεύθερης ενέργειας Gibbs. Η εντροπία μετρά τη διαταραχή ή την τυχαιότητα ενός συστήματος. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, το σύστημα γίνεται πιο διαταραγμένο και η εντροπία αυξάνεται.

* αύξηση της θερμοκρασίας: Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, ο όρος εντροπίας (TS) στην εξίσωση ελεύθερης ενέργειας Gibbs γίνεται πιο σημαντικός. Αυτό σημαίνει ότι το χημικό δυναμικό (μ) θα αλλάξει επίσης, συχνά μειώνοντας καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία.

* Παράδειγμα: Εξετάστε μια αντίδραση στην ισορροπία. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η εντροπία των προϊόντων μπορεί να αυξηθεί περισσότερο από την εντροπία των αντιδραστηρίων. Αυτή η μετατόπιση της εντροπίας θα ευνοήσει τα προϊόντα και το χημικό δυναμικό των προϊόντων θα μειωθεί σε σχέση με τα αντιδραστήρια.

Συνέπειες

Η εξάρτηση από τη θερμοκρασία του χημικού δυναμικού έχει σημαντικές επιπτώσεις σε διάφορους τομείς:

* Χημικές αντιδράσεις: Οι σταθερές ισορροπίας και οι ρυθμοί αντίδρασης επηρεάζονται από τη θερμοκρασία λόγω αλλαγών στο χημικό δυναμικό.

* Μεταβάσεις φάσης: Η θερμοκρασία στην οποία μια ουσία υφίσταται μια αλλαγή φάσης (π.χ. τήξη, βρασμό) καθορίζεται από το χημικό δυναμικό κάθε φάσης.

* Λύσεις και μείγματα: Η διαλυτότητα μιας ουσίας σε έναν διαλύτη επηρεάζεται από το χημικό δυναμικό της ουσίας και του διαλύτη σε δεδομένη θερμοκρασία.

Συμπερασματικά

Το χημικό δυναμικό είναι μια δυναμική ποσότητα που αλλάζει με τη θερμοκρασία. Αυτή η εξάρτηση προκύπτει από τη σχέση μεταξύ του χημικού δυναμικού, της ελεύθερης ενέργειας Gibbs και της εντροπίας. Η επίδραση της θερμοκρασίας στο χημικό δυναμικό έχει ευρείες συνέπειες σε διάφορες χημικές και φυσικές διεργασίες.