Не могли бы вы дать интуитивное определение химического потенциала?

Вы говорите, что определения расплывчаты, но$\mu_i=\left(\frac{\partial U}{\partial N_i}\right)_{S,V,N_{j\neq i}}=\left(\frac{\partial G}{\partial N_i}\right)_{P,T,N_{j\neq i}}$является точным.

Однако может быть полезно использовать аналогию, чтобы получить интуитивное определение. Я уверен, что вы знакомы с тем фактом, что системы имеют тенденцию развиваться, чтобы уменьшить градиенты. Любое такое самопроизвольное изменение включает в себя два сопряженных параметра : обобщенную силу (соответствующую градиенту в некотором поле, таком как перепад давления) и обобщенное смещение (соответствующее потоку, например, изменение объема). Произведение двух сопряженных переменных имеет единицы энергии.

Например, при теплопередаче градиент температуры вызывает самопроизвольный поток энергии. «Материал», который передается, — это энтропия. Таким образом, мы получаем дифференциальный член$dU = T\,dS$.

Градиент давления приводит к изменению объема:$dU = -P\,dV$.

Что может вызвать самопроизвольное движение материи? В этом случае движущей силой является градиент химического потенциала материала.$i$:$dU = \mu_i\,dN_i$.

Я уверен, что вы также знакомы с концепцией переноса или диффузии вещества при изменении концентрации . Это только приближение. Это не объясняет, например, почему нефть и вода разделяются. (Или почему любые два смешанных материала разделятся.) Химический потенциал подобен усиленной концентрации, которая также включает связь между материалами (а также концентрацию). Это истинный арбитр того, как будет двигаться материя.

Можно сказать, что это энергия, необходимая для удаления частицы из системы многих тел.

Более формально

Химический потенциал также можно рассматривать как множитель Лагранжа , связанный с тем ограничением, что число частиц в замкнутой системе фиксировано.

Чтобы понять это, рассмотрим пример газа, состоящего из$N$электроны. Вероятность собственного состояния энергии$E$быть занято определяется распределением Ферми-Дирака

Физическая интерпретация химического потенциала, которая лучше всего подходит для меня, — это «частная» свободная энергия Гиббса на моль каждого отдельного химического вещества в смеси, так что полная свободная энергия смеси равна просто числу молей каждого вида, умноженному на химический потенциал этого вида, суммированный по всем видам.

В то время как каждый из предыдущих ответов дает представление о значении химического потенциала, лично запись Википердии https://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_potential дает мне лучшее представление о том, как читать химический потенциал: а также различать «электрохимический потенциал». потенциал» от химического потенциала, он также интерпретирует его значение в более широком разнообразии физических систем.