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本文拟结合化学势的不同定义,重新数学推演(∂G/∂ξ)T,p,供参考.
(∂G/∂ξ)T,p的热力学意义
对于化学反应 aA+bB=cC+dD (1)
吉布斯能(G)与反应进度(ξ)关系参见如下图1[1]:
图1. 系统吉布斯能与反应进度关系示意图
图1中G代表系统的吉布斯能;ξ代表式(1)的反应进度;式(1)中A、B、C及D的物质的量分别用
nA、nB、nC及nD表示,化学计量系数分别表示为νA、νB、νC及νD.
则:dξ=dnA/νA=dnB/νB=dnC/νC=dnD/νD (2)
图1中 (∂G/∂ξ)T,p表示恒温恒压条件下,系统吉布斯能(G)对反应进度(ξ)的偏微分.
2. 化学势的定义
2.1 平衡态热力学的化学势定义
平衡态热力学认为:化学势(μB)是指在温度、压强及除B外的其它组分的组成恒定的前提下,系统吉布
斯能(G)对系统B组分物质的量(nB)的偏微分;化学势与吉布斯能的关系参见如下式(3)及(4).
μB= (3)
恒温恒压条件下:
(4)
2.2 准静态过程假说的化学势定义
准静态过程假说认为:化学势(μB)是指单位物质的量的B组分所拥有的吉布斯能[2];化学势与吉布斯能
的关系参见如下式(5)、(6)、(7)及(8).
μB=GB/nB (5)
(6)
(7)
(8)
3. (∂G/∂ξ)T,p的数学推演
3.1 平衡态热力学的数学推演
由式(2)可得:dξ=dnB/νB (9)
结合式(9)可得:(∂G/∂ξ)T,p=νB·(∂G/∂nB)T,p,nC (10)
将式(3)代入式(10)可得:(∂G/∂ξ)T,p=νB· μB (11)
式(11)显示依据平衡态热力学的化学势定义:
(12)
备注:平衡态热力学的化学势定义条件较(∂G/∂ξ)T,p更严格, 可应用于式(10).
3.2 准静态过程假说的数学推演
结合式(6)可得:
(13)
式(13)结合式(8)可得: (14)
4. 结论
如果 μB=,则:.
参考文献
[1]沈文霞. 物理化学核心课程(第二版).北京:科学出版社, 2009:145-146.
[2]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
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