Войти
В электрохимии, электрохимический потенциал (ECP ), μ, равен термодинамическая мера химического потенциала, которая не пропускает энергетический вклад электростатики. Электрохимический потенциал выражается в единицах J /моль.
Каждый химический состав (например, «молекулы воды», «ионы натрия», «электроны» и т. Д.) Имеет электрохимический потенциал (величина с единицами энергии) в любой заданной точке пространства, который показывает, насколько легко или сложно добавить больше этого вида в это место. Если возможно, вид переместится из областей с более высоким электрохимическим потенциалом в области с более низким электрохимическим потенциалом; в равновесии электрохимический потенциал будет постоянным везде для каждого вида (он может иметь разное значение для разных видов). Например, если в стакане воды ионы натрия (Na) равномерно растворены в нем, и к воде приложено электрическое поле, то ионы натрия будут притягиваться электрическим полем к единице. боковая сторона. Мы говорим, что ионы обладают электрической потенциальной энергией и движутся, чтобы снизить свою потенциальную энергию. Точно так же, если в стакане воды много растворенного сахара с одной стороны и ничего нет с другой стороны, каждая молекула сахара будет случайным образом диффундировать вокруг воды, пока не будет равная концентрация. сахара повсюду. Мы говорим, что молекулы сахара имеют «химический потенциал », который выше в областях с высокой концентрацией, и молекулы движутся, чтобы снизить свой химический потенциал. Эти два примера показывают, что электрический потенциал и химический потенциал могут дать один и тот же результат: перераспределение химических веществ. Следовательно, имеет смысл объединить их в единый «потенциал», электрохимический потенциал, который может напрямую дать общее перераспределение с учетом обоих.
(в принципе) легко измерить, имеют ли две области (например, два стакана воды) одинаковый электрохимический потенциал для определенного химического вещества (например, молекулы растворенного вещества): виды, чтобы свободно перемещаться взад и вперед между двумя областями (например, соединить их с помощью полупроницаемой мембраны, которая пропускает только этот вид). Если химический потенциал одинаков в двух регионах, виды будут время от времени перемещаться взад и вперед между двумя регионами, но в среднем движение в одном направлении не меньше, чем в другом, и отсутствует чистая миграция (это называется «диффузионным равновесием»). Если химические потенциалы двух областей различны, больше молекул переместится в более низкий химический потенциал, чем в другом направлении.
Более того, когда нет диффузионного равновесия, т. Е. Когда существует тенденция для молекул диффундировать из одной области в другую, тогда существует определенная свободная энергия, выделяемая каждой сетью- диффундирующая молекула. Эта энергия, которую иногда можно использовать (простой пример - концентрирующая ячейка ), и свободная энергия на моль в точности равна разности электрохимических потенциалов между двумя областями.
В электрохимии и физике твердого тела принято обсуждать как химический потенциал, так и электрохимический потенциал электронов. Однако в этих двух полях определения этих двух терминов иногда меняются местами. В электрохимии электрохимический потенциал электронов (или любых других частиц) - это общий потенциал, включающий как (внутренний, неэлектрический) химический потенциал, так и электрический потенциал, и по определению является постоянным для устройства в равновесии, тогда как химический потенциал электронов равно электрохимическому потенциалу за вычетом локальной электрической потенциальной энергии на электрон. В физике твердого тела определения обычно совместимы с этим, но иногда определения меняются местами.
В этой статье используются определения электрохимии.
В общих чертах, электрохимический потенциал - это механическая работа, совершаемая при переводе 1 моля иона из стандартного состояния в заданная концентрация и электрический потенциал. Согласно определению IUPAC, это парциальная молярная энергия Гиббса вещества при заданном электрическом потенциале, когда вещество находится в указанной фазе. Электрохимический потенциал можно выразить как
где:
В частном случае незаряженного атома z i = 0, и поэтому μ i = μ i.
Электрохимический потенциал важен в биологических процессах, которые включают молекулярная диффузия через мембраны в электроаналитической химии и в промышленных приложениях, таких как батареи и топливные элементы. Он представляет собой одну из многих взаимозаменяемых форм потенциальной энергии, посредством которой энергия может быть сохранена.
В клеточных мембранах электрохимический потенциал представляет собой сумму химический потенциал и мембранный потенциал.
Термин электрохимический потенциал иногда используется для обозначения электродного потенциала (либо корродирующего электрода, либо электрода с ненулевой чистой реакцией или током, или с электродом в состоянии равновесия). В некоторых случаях электродный потенциал корродирующих металлов называют «потенциалом электрохимической коррозии», который часто обозначают сокращенно ECP, а слово «коррозия» иногда опускают. Такое использование может привести к путанице. Эти две величины имеют разные значения и разные размеры: измерение электрохимического потенциала - это энергия на моль, а измерение электродного потенциала - это напряжение (энергия на заряд).
