بيت » Electrochemical Potential and Thermodynamic Equilibrium

Electrochemical Potential and Thermodynamic Equilibrium

1900
  • Josiah Willard Gibbs
  • E. A. Guggenheim

In a system at thermodynamic equilibrium, the electrochemical potential, [latex]\bar{\mu}_i[/latex], for any given charged species `i` must be uniform throughout all phases. If a gradient exists ([latex]\nabla \bar{\mu}_i \neq 0[/latex]), ions will spontaneously move from regions of higher potential to lower potential, creating a current or flux, until this gradient is eliminated and equilibrium is re-established.

The principle of uniform electrochemical potential at equilibrium is a direct consequence of the Second Law of Thermodynamics, which states that a system will spontaneously evolve towards a state of minimum Gibbs free energy. Since the electrochemical potential is the partial molar Gibbs free energy for a charged species, any gradient in this potential represents an opportunity for the system’s total free energy to decrease through the movement of that species.

This movement, or flux, continues until the electrochemical potential is constant everywhere accessible to the species. At this point, the net force on the ions is zero, and there is no further net movement. This equilibrium is dynamic, not static; individual ions may still move, but the flux in one direction is perfectly balanced by the flux in the opposite direction.

A classic example is the Donnan equilibrium, which occurs across a semipermeable membrane that is permeable to some ions but not others (like large proteins). Small, permeable ions will redistribute themselves across the membrane to balance their electrochemical potentials. This results in an unequal distribution of both concentration and electric potential, creating a stable membrane potential at equilibrium. This same principle governs the behavior of p-n junctions in semiconductors, where electrons and holes diffuse until the electrochemical potential (Fermi level) is constant across the junction, creating a built-in electric field.

UNESCO Nomenclature: 2209
– Physical chemistry

النوع

Abstract System

Disruption

Foundational

الاستخدام

Widespread Use

Precursors

  • the concept of chemical equilibrium by claude louis berthollet
  • the laws of thermodynamics, particularly the concept of entropy and free energy
  • josiah willard gibbs’s definition of chemical potential
  • rudolf clausius’s work on entropy

التطبيقات

  • predicting the direction of ion flow across cell membranes
  • determining the equilibrium voltage of a battery (electromotive force)
  • modeling charge distribution at electrode-electrolyte interfaces (electrical double layer)
  • understanding semiconductor p-n junction behavior at equilibrium
  • designing electrochemical sensors

براءات الاختراع:

NA

Potential Innovations Ideas

!!مستويات !!! العضوية مطلوبة

يجب أن تكون عضوًا !!! مستويات!!! للوصول إلى هذا المحتوى.

انضم الآن

هل أنت عضو بالفعل؟ سجّل الدخول هنا
Related to: thermodynamic equilibrium, ion flux, gradient, second law of thermodynamics, gibbs free energy, donnan equilibrium, spontaneous process, electrodiffusion

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

متاح للتحديات الجديدة
مهندس ميكانيكي، مدير مشروع أو بحث وتطوير
تطوير المنتج الفعال

متاح لتحدي جديد في غضون مهلة قصيرة.
تواصل معي على LinkedIn
تكامل الإلكترونيات المعدنية والبلاستيكية، التصميم حسب التكلفة، ممارسات التصنيع الجيدة (GMP)، بيئة العمل، الأجهزة والمواد الاستهلاكية متوسطة إلى عالية الحجم، الصناعات الخاضعة للتنظيم، شهادات CE وFDA، التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، Solidworks، الحزام الأسود Lean Sigma، شهادة ISO 13485 الطبية

نحن نبحث عن راعي جديد

 

هل شركتك أو مؤسستك متخصصة في التقنية أو العلوم أو الأبحاث؟
> أرسل لنا رسالة <

احصل على جميع المقالات الجديدة
مجاني، لا يوجد بريد عشوائي، ولا يتم توزيع البريد الإلكتروني ولا إعادة بيعه

أو يمكنك الحصول على عضويتك الكاملة -مجانًا- للوصول إلى جميع المحتويات المحظورة >هنا<

Historical Context

(if date is unknown or not relevant, e.g. "fluid mechanics", a rounded estimation of its notable emergence is provided)

Related Invention, Innovation & Technical Principles

Scroll to Top

قد يعجبك أيضاً