自由能與自發性
化學勢(chemical potential)
化學勢就像一種「壓力」,把某種物質從它多的地方推向它少的地方。正如水往低處流、熱從高溫流向低溫,每一種分子也都有一種傾向:從化學勢高的區域,遷移、反應或變相到化學勢低的區域去。香水在房間裡飄散、糖在茶裡鋪開,都是分子順著自己那道化學勢的斜坡往下滑。
嚴格地說,某物質的化學勢,就是當你在保持溫度、壓強以及其他一切組分的量都不變的情況下,再往系統裡加入一莫耳該物質時,系統吉布斯自由能的改變量。它記作 μ,是某一組分按莫耳計的「自由能價簽」。凡是抬高某物質 μ 的因素——高濃度、高壓強、所處相態不對——都讓它更急著離開;凡是壓低 μ 的因素,則把它吸引進來。
它為什麼重要:化學勢是決定化學中每一次轉移方向的那個唯一的量。反應一直進行,直到產物和反應物的化學勢達到平衡;當某物質在各相中的 μ 相等時,這些相便能共存;滲透、溶解、蒸發、擴散,無非都是物質在把自己的化學勢抹平。老實說,微妙之處在於:μ 通過活度依賴於濃度,所以它對某物質並非固定,而是隨它所處的混合物而變。
用一層水能通過的膜,把一濃一稀兩份糖水連起來。水在稀的那一側化學勢更高,於是它向濃的一側流去,直到兩邊的化學勢相等——這股拉力,就是滲透。
物質總是從化學勢高處滑向化學勢低處。
別被名字誤導,化學勢並不只關乎化學——純物質的相變和擴散同樣由它支配。對單組分系統,它就等於莫耳吉布斯能;在混合物裡,它是各組分的偏莫耳吉布斯能。
又稱
另見