Kémiai potenciál

A kémiai potenciál más néven parciális moláris szabadentalpia, parciális moláris Gibbs-energia, egy parciális moláris mennyiség. A kémiai potenciált definiáló összefüggés:

$$\begin{gathered} {\mu }_{\mathrm{B}}={\left(\frac{\partial G}{\partial n_{\mathrm{B}}}\right)}_{p,T,n_{\mathrm{i}\mathrm{\ne }\mathrm{B}}}, \\ \mathrm{J}/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} \end{gathered}$$ ,

ahol

G a rendszer Gibbs-energiája, szabad entelpia változása, J

n_B a B komponens anyagmennyisége, mol

p a nyomás, Pa

T a hőmérséklet, K.

A B komponens kémiai potenciálja egy intenzív fizikai mennyiség, ami megadja, hogy a B komponens egységnyi kémiai anyagmennyiség-változása esetén – azaz 1 mol hozzáadása a rendszer nagyon nagy mennyiségéhez – mennyivel változtatja meg a rendszer szabadentalpiáját, azaz az integrális moláris mennyiségét (miközben a rendszerben a hőmérséklet, a nyomás és a B komponens kivételével az összes többi komponens anyagmennyisége állandó marad). A kémiai potenciál abszolút értéke nem ismeretes, gyakorlatban a folyamatokban bekövetkező megváltozása fontos. Az anyagmennyiségek szerinti deriváltakat kémiai potenciáloknak nevezzük. Valamely komponens kémiai potenciálja megegyezik a rendszer szabadentalpiájának a megváltozásával, ha végtelen mennyiségű elegyhez a komponens egy mólját adjuk. (Azért kell ebben a definícióban kikötnünk a végtelen mennyiséget, hogy egy mólnyi komponens hozzáadása során ne változzon az összetétel.) Gázok esetén az ideális elegy valamelyik B komponensének kémiai potenciálja T hőmérsékleten – standard állapotként a tiszta B komponens állapotát p^o = 10⁵ Pa standard nyomáson választva – az alábbi:

${\mu }_{\mathrm{B}}^{\mathrm{i}\mathrm{d}}={\mu }_{\mathrm{B}}^{\circ }+RT\mathrm{l}\mathrm{n}\frac{p_{\mathrm{B}}}{p^{\circ }}={\mu }_{\mathrm{B}}^{\circ }+RT\mathrm{l}\mathrm{n}{x}_{\mathrm{B}}$

ahol

${\mu }_{\mathrm{B}}^{\circ }$ a standard kémiai potenciál, mértékegysége: J/mol.

Folyadékok és szilárd anyagok (kondenzált rendszerek) esetén az ideális elegy valamelyik B komponensének kémiai potenciálja T hőmérsékleten – standard állapotként a tiszta B komponens állapotát választva – az alábbi:

${\mu }_{\mathrm{B}}^{\mathrm{i}\mathrm{d}}={\mu }_{\mathrm{B}}^{\circ }+RT\mathrm{l}\mathrm{n}{x}_{\mathrm{B}}$

A reális elegyek esetében gázrendszereknél a kémiai potenciál kifejezésében (és más termodinamikai mennyiségek számításánál) a nyomás helyett a fugacitást, kondenzált rendszereknél a móltört helyett az aktivitást használjuk.