Hogar » La ecuación fundamental del potencial electroquímico

La ecuación fundamental del potencial electroquímico

1930
  • E. A. Guggenheim
Experimento de laboratorio que mide el potencial electroquímico en química física.

(generate image for illustration only)

Electrochemical potential, [latex]\bar{\mu}_i[/latex], quantifies the total energy of a charged species `i` in a system. It combines the chemical potential, [latex]\mu_i[/latex], which accounts for concentration and intrinsic properties, with the electrostatic potential energy, [latex]z_i F \phi[/latex]. The formula is [latex]\bar{\mu}_i = \mu_i + z_i F \phi[/latex], where [latex]z_i[/latex] is the ion’s charge, [latex]F[/latex] is the Faraday constant, and [latex]phi[/latex] is the local electric potential.

The concept of electrochemical potential is a cornerstone of physical chemistry, extending the idea of chemical potential to systems involving charged species and electrical fields. The governing equation, [latex]\bar{\mu}_i = \mu_i + z_i F \phi[/latex], elegantly merges chemical and electrical driving forces into a single termodinámica quantity. The first term, [latex]\mu_i[/latex], is the chemical potential, representing the energy change associated with adding a mole of species `i` to a system, considering factors like concentration, temperature, and pressure. It is the driving force for diffusion from high to low concentration.

The second term, [latex]z_i F \phi[/latex], represents the molar electrostatic potential energy. Here, [latex]z_i[/latex] is the dimensionless integer charge of the ion (e.g., +2 for [latex]Ca^{2+}[/latex]), [latex]F[/latex] is the Faraday constant (approximately 96,485 C/mol), which is the charge of one mole of electrons, and [latex]\phi[/latex] is the local electric potential (Galvani potential). This term quantifies the work required to move a mole of ions against the local electric field.

Fundamentally, the electrochemical potential is the partial molar Gibbs free energy of the species `i`, expressed as [latex]\bar{mu}_i = (\frac{\partial G}{\partial n_i})_{T,P,n_{j\neq i}}[/latex]. This means it represents the total work that can be extracted when one mole of the species is added to the system. The difference in electrochemical potential between two points dictates the direction of spontaneous movement for that ion, encompassing both diffusion down a concentration gradient and drift along an electric field.

UNESCO Nomenclature: 2209
– Physical chemistry

Tipo

Sistema abstracto

Disrupción

Fundacional

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Josiah Willard Gibbs’s work on chemical potential and Gibbs free energy
  • Michael Faraday’s laws of electrolysis and the concept of the faraday constant
  • Walther Nernst’s development of the Nernst ecuación
  • El desarrollo de la termodinámica clásica y la electrostática

Aplicaciones

  • baterías y pilas de combustible
  • Ciencia de la galvanoplastia y la corrosión
  • física de semiconductores (nivel de Fermi)
  • neurociencia (impulsos nerviosos)
  • bioenergética celular (síntesis de ATP)

Patentes:

NA

Posibles ideas innovadoras

Membresía obligatoria de Professionals (100% free)

Debes ser miembro de Professionals (100% free) para acceder a este contenido.

Únete ahora

¿Ya eres miembro? Accede aquí
Related to: electrochemical potential, chemical potential, electrostatic potential, Faraday constant, Gibbs free energy, Nernst equation, electrochemistry, ion.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

DISPONIBLE PARA NUEVOS RETOS
Ingeniero Mecánico, Gerente de Proyectos, Ingeniería de Procesos o I+D
Desarrollo eficaz de productos

Disponible para un nuevo desafío a corto plazo.
Contáctame en LinkedIn
Integración de electrónica de metal y plástico, diseño a coste, GMP, ergonomía, dispositivos y consumibles de volumen medio a alto, fabricación eficiente, industrias reguladas, CE y FDA, CAD, Solidworks, cinturón negro Lean Sigma, ISO 13485 médico

Estamos buscando un nuevo patrocinador

 

¿Su empresa o institución se dedica a la técnica, la ciencia o la investigación?
> Envíanos un mensaje <

Recibe todos los artículos nuevos
Gratuito, sin spam, correo electrónico no distribuido ni revendido.

o puedes obtener tu membresía completa -gratis- para acceder a todo el contenido restringido >aquí<

Contexto histórico

(si se desconoce la fecha o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se ofrece una estimación redondeada de su notable aparición)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados

Scroll al inicio

También te puede interesar