自由能与自发性

化学势(chemical potential)

化学势就像一种「压力」,把某种物质从它多的地方推向它少的地方。正如水往低处流、热从高温流向低温,每一种分子也都有一种倾向:从化学势高的区域,迁移、反应或变相到化学势低的区域去。香水在房间里飘散、糖在茶里铺开,都是分子顺着自己那道化学势的斜坡往下滑。

严格地说,某物质的化学势,就是当你在保持温度、压强以及其他一切组分的量都不变的情况下,再往系统里加入一摩尔该物质时,系统吉布斯自由能的改变量。它记作 μ,是某一组分按摩尔计的「自由能价签」。凡是抬高某物质 μ 的因素——高浓度、高压强、所处相态不对——都让它更急着离开;凡是压低 μ 的因素,则把它吸引进来。

它为什么重要:化学势是决定化学中每一次转移方向的那个唯一的量。反应一直进行,直到产物和反应物的化学势达到平衡;当某物质在各相中的 μ 相等时,这些相便能共存;渗透、溶解、蒸发、扩散,无非都是物质在把自己的化学势抹平。老实说,微妙之处在于:μ 通过活度依赖于浓度,所以它对某物质并非固定,而是随它所处的混合物而变。

用一层水能通过的膜,把一浓一稀两份糖水连起来。水在稀的那一侧化学势更高,于是它向浓的一侧流去,直到两边的化学势相等——这股拉力,就是渗透。

物质总是从化学势高处滑向化学势低处。

别被名字误导,化学势并不只关乎化学——纯物质的相变和扩散同样由它支配。对单组分系统,它就等于摩尔吉布斯能;在混合物里,它是各组分的偏摩尔吉布斯能。

又称
partial molar Gibbs energymuμ化学位化學位