Електрохімі́чний потенціа́л — термодинамічна функція, що характеризує стан якого-небудь компоненту, що складається із заряджених частинок (електронів, іонів), у фазі даного складу. Електрохімічний потенціал може бути визначений як приріст будь-якого з термодинамічних потенціалів системи при введенні в неї однієї зарядженої частинки i-того компоненту при незмінних решти всіх змінних, від яких залежить даний потенціал. Таким чином, різниця електрохімічних потенціалів між двома точками є енергією, яка буде виділена в системі при переміщенні частинки між ними. Електрохімічний потенціал
виражається формулою:
де
— електрохімічна енергія Гіббса, що враховує електричне поле всередині фази,
— число молей різноманітних компонентів
в цій фазі,
— температура,
— тиск.
Розрахунок електрохімічного потенціалу
Електрохімічний потенціал
частинки
в точці
в об'ємі певної фази визначається як робота, яку необхідно здійснити при перенесенні частинки
із точки, де потенціал дорівнює нулю, до точки
. Цей потенціал можна виміряти, якщо умовно розділити фазу на дві складові:
- гомогенний об'єм, що не містить подвійного шару
- оболонка, що містить заряд і подвійний шар.
- Формально електрохімічний потенціал розбивають на два додатки, що характеризують хімічну і електричну складові такої роботи:
![{\displaystyle {\tilde {\mu _{i}}}=\mu _{i}+z_{i}e\phi \,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b25b2a2345bca2090d3f45e103c961d3a4fa768c)
де
— хімічний потенціал i-того компоненту,
— валентність (заряд) частинки,
— електростатичний потенціал чи внутрішній потенціал,
— елементарний заряд; член
виражає роботу з подолання електричних сил. Якщо електрохімічний потенціал відноситься до 1 моля речовини, цей член дорівнює
, де
— число Фарадея.
Внутрішній потенціал
Величину внутрішнього потенціалу не можна виміряти безпосередньо. Його можна розділити на дві складові, що відносяться до заряду на вільній оболонці і до орієнтованих диполів подвійного шару.
де
— зовнішній потенціал,
— поверхневий потенціал.
Зовнішній потенціал можна виміряти з теорії електростатики. Поверхневий потенціал виміряти неможливо.
Гальвані- та вольта- потенціали
Якщо розглядати різницю потенціалів між двома фазами
і
то можна визначити гальвані-потенціал (
) і вольта-потенціал (
). Вольта-потенціал можна виміряти експериментально, а гальвані-потенціал можна виміряти лише за умови коли обидві фази мають однаковий склад.
В цьому випадку:
чи, враховуючи, що
, адже склад фаз ідентичний
Різниця потенціалів (
) є, таким чином, величиною, яку можна виміряти, так як вона є пропорційною різниці електрохімічних потенціалів. Різниця (
) дорівнює ЕРС комірки, що має два виводи з металів ідентичного складу.
Див. також
Посилання
Література
- Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0