Термодинамические потенциалы. По изменению △U и △S нельзя оценить величину производимой работы,их начальных и конечных значений

По изменению △ U и △ S нельзя оценить величину производимой работы,их начальных и конечных значений. Для этого и вводят термодинамическиепотенциалы, которые выводятся из объединенной записи первого и второгозаконов термодинамики.

Объединенная запись первого и второго начала термодинамики:

dQ=TdS

TdS= dU+dA

dU = TdS - dA

Постоянные параметры	Название потенциала	Вид функции
V, S	Внутренняя энергия – изохорно-изоэнтропийный	U=ТS –рV
P, S	Энтальпия – изобарно-изоэнтропийный	H=U+pV
T, V	Свободная энергия Гельмгольца – изохорно-изотермический	F=U-TS
T, P	Термодинамический потенциал Гиббса – изобарно-изотермический	G=U+pV-TS

В биологических системах процессы обычно сопровождаются так же изменением количества вещества и в таком случае:

Ø для незаряженных частиц (растворов неэлектролитов) используется химический потенциал: ,

Ø для заряженных частиц (растворов электролитов) – электрохимический потенциал:

Тогда термодинамические потенциалы запишутся:

U=ТS –рV+ μdN

dG =- SdT +Vdp +μdN.

dF=dU-TdS+ μdN

Химический потенциал равен изменению термодинамического потенциала, приходящегося на одну частицу вещества в соответствующем процессе. ∆G=m∙∆μ, где m – количество вещества (моли) в системе.

Он не является термодинамическим потенциалом и служит параметром системы.

В физико-химических системах изменение свободной энергии обычно описывают через изменение электрохимического потенциала (∆μ): ∆G=m∙∆μ, где m – количество вещества (моли) в системе.

Физический смысл электрохимического потенциала заключается в том, что его изменение равно работе, которую необходимо затратить, чтобы:

1. синтезировать 1 моль вещества (состояние 2) из исходных веществ (состояние 1) и поместить его в растворитель (слагаемое μ₀₂-μ₀₁) – химическая работа;

2. сконцентрировать раствор от концентрации с₁ до с₂ [слагаемое RT ln (c₂/c₁)] – осмотическая работа;

3. преодолеть силы электрического отталкивания, возникающие при наличии разности потенциалов (φ₂-φ₁) между растворами [слагаемое zF (φ₂-φ₁] – электрическая работа.

Необходимо отметить, что слагаемые могут быть как положительными, так и отрицательными.

Дата добавления: 2014-01-20