|
本文拟介绍多组分系统热力学中化学势相对大小的比较问题,仅供同行参考。
化学势
多组分系统中i组分的化学势[1](μi)代表单位物质的量i组分所拥有的吉布斯自由能(Gi),可记为:
μi=Gi/ni (1)
由式(1)可知:化学势(μi)为具有强度性质的状态函数.
温度、压强对化学势的影响
对于某一微小热力学过程,则:
dμi=dGm,i=-Sm,i·dT+ Vm,i·dp (2)
式(2)中Gm,i、Sm,i及Vm,i分别代表多组分系统中i组分的偏摩尔吉布斯自由能、偏摩尔熵及偏摩尔体积.
依状态函数的全微分性质可得:
-Sm,i=(∂μi/∂T)p (3)
Vm,i=(∂μi/∂p)T (4)
通常情况下,多组分系统中i组分的Sm,i>0,Vm,i>0,则:
由式(3)可得:(∂μi/∂T)p=-Sm,i<0 (5)
由式(4)可得:(∂μi/∂p)T =Vm,i>0 (6)
由式(5)可得:μi与温度成反比,即:如果dT↑,则dμi↓;
由式(6)可得:μi与压强成正比,即:如果dp↑,则dμi↑.
化学势的相对大小实例
例1. 比较μ(H2O, l, 298K, pθ)与μ(H2O, l, 323K, pθ)的相对大小.
解:由式(5)可得:μi与温度成反比,即:如果dT↑,则dμi↓;
所以:μ(H2O, l, 298K, pθ)>μ(H2O, l, 323K, pθ)
例2. 比较μ(H2O, g, 423K, pθ)与μ(H2O, g, 423K, 10pθ)的相对大小.
解:由式(6)可得:μi与压强成正比,即:如果dp↑,则dμi↑.
所以:μ(H2O, g, 423K, pθ)<μ(H2O, g, 423K, 10pθ)
例3. 比较μ(H2O, l, 298K, pθ)与μ(H2O, g, 423K, 0.1pθ)的相对大小.
解:为比较不同温度及不同聚集状态下H2O的化学势相对大小,可引入μ(H2O, l, 373K, pθ)及μ(H2O,
g, 373K, pθ)两个新化学势.
由于373K、pθ下液态水与水蒸气处于平衡,则:
μ(H2O, l, 373K, pθ)=μ(H2O,g, 373K, pθ) (7)
依题:μ(H2O, l, 298K, pθ)>μ(H2O, l, 373K, pθ)=μ(H2O,g, 373K, pθ) (8)
另:μ(H2O,g, 373K, pθ)>μ(H2O,g, 373K, 0.1pθ) (9)
μ(H2O,g, 373K, 0.1pθ)>μ(H2O, g, 423K, 0.1pθ) (10)
结合式(8)、(9)及(10)可得:
μ(H2O, l, 298K, pθ)>μ(H2O, g, 423K, 0.1pθ)
4. 结论
⑴(∂μi/∂p)T >0 ;
⑵(∂μi/∂T)p<0 ;
⑶化学势(μi)是具有强度性质的状态函数,它代表单位物质的量i组分所拥有的吉布斯自由能(Gi).
参考文献
[1]余高奇. 再论化学势的吉布斯定义.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666. 科学网博客, 2021,12.
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-7-23 07:28
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社