システムでは 熱力学 平衡、 電気化学ポテンシャル、任意の荷電種 `i` は、すべての相で均一でなければなりません。勾配が存在する場合 ([latex]nabla bar{mu}_i neq 0[/latex])、イオンは自発的に高電位領域から低電位領域に移動し、この勾配が解消されて平衡が再確立されるまで、電流またはフラックスを生成します。

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システムでは 熱力学 平衡、 電気化学ポテンシャル、任意の荷電種 `i` は、すべての相で均一でなければなりません。勾配が存在する場合 ([latex]nabla bar{mu}_i neq 0[/latex])、イオンは自発的に高電位領域から低電位領域に移動し、この勾配が解消されて平衡が再確立されるまで、電流またはフラックスを生成します。
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.
この動き、すなわちフラックスは、電気化学ポテンシャルがイオン種がアクセスできるあらゆる場所で一定になるまで続きます。この時点で、イオンにかかる正味の力はゼロになり、それ以上の正味の動きはなくなります。この平衡は静的ではなく動的です。個々のイオンは依然として移動する可能性がありますが、一方向へのフラックスは反対方向へのフラックスによって完全にバランスが取れています。
典型的な例として、ドナン平衡が挙げられます。これは、一部のイオンは透過するものの、他のイオン(例えば大きなタンパク質)は透過しない半透膜を介して起こります。透過性の高い小さなイオンは、電気化学ポテンシャルのバランスをとるために膜全体に再分布します。その結果、濃度と電位の両方に不均一な分布が生じ、平衡状態では安定した膜電位が形成されます。この原理は、半導体のpn接合の挙動にも当てはまります。pn接合では、電子と正孔が拡散し、接合部全体で電気化学ポテンシャル(フェルミ準位)が一定になり、内部電場が形成されます。
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電気化学ポテンシャルと熱力学的平衡
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