化學勢

定義

在恆定溫度與壓力下，化學勢 µ 定义为系统在加入一莫爾物質時吉布斯自由能的變化率，表達式為 µ = (∂G/∂n)_{T,P}。這表示每增加一莫爾組分，系統自由能的增量。

自發性與方向

化學勢的梯度決定物質從高 µ 區域向低 µ 區域的自發流動，這是化學反應方向與平衡常數的根本驅動。當 µ₁ > µ₂ 時，反應傾向於向生成 µ₂ 的方向進行，直至 µ₁ = µ₂ 達成平衡。

應用領域

• 在溶液理論中，電解質的µ影響離子遷移與活度係數。
• 在相平衡中，兩相的化學勢相等是相變的條件，例如液態-氣態平衡。
• 在電化學中，電極反應的µ與電位關聯，決定電池的电动势。

與其他熱力學函數的關係

化學勢與熱力學中的其他潛能函數如赫爾姆茲自由能密切相關；在開放系統中，它也是莫爾濃度的函數，可用來描述濃度梯度驱动的扩散过程。

這些概念構成化學勢在熱力學與物理化學中的核心地位，對於理解反應方向、相變與能量轉換至關重要。