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電気化学ポテンシャルの基本方程式

1930
  • E. A. Guggenheim
物理化学における電気化学ポテンシャルを測定する実験室での実験。.

(画像はイメージです)

電気化学ポテンシャル [latex]bar{mu}_i[/latex] は、系内の荷電種 `i` の全エネルギーを定量化します。これは、濃度と固有の特性を考慮した化学ポテンシャル [latex]mu_i[/latex] と静電ポテンシャルエネルギー [latex]z_i F phi[/latex] を組み合わせたものです。式は [latex]bar{mu}_i = mu_i + z_i F phi[/latex] で、ここで [latex]z_i[/latex] はイオンの電荷、[latex]F[/latex] はファラデー定数、[latex]phi[/latex] は局所的な電位です。

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 thermodynamic 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.

第2項の[latex]z_i F phi[/latex]は、モル静電ポテンシャルエネルギーを表します。ここで、[latex]z_i[/latex]はイオンの無次元整数電荷(例えば、[latex]Ca^{2+}[/latex]の場合は+2)、[latex]F[/latex]はファラデー定数(約96,485 C/mol)で、これは1モルの電子の電荷に相当し、[latex]phi[/latex]は局所電位(ガルバニ電位)です。この項は、1モルのイオンを局所電場に逆らって移動させるのに必要な仕事量を定量化します。

基本的に、電気化学ポテンシャルは種 `i` の部分モルギブズ自由エネルギーであり、[latex]bar{mu}_i = (frac{partial G}{partial n_i})_{T,P,n_{jneq i}}[/latex] と表されます。これは、1 モルの種がシステムに加えられたときに抽出できる全仕事量を表します。2 点間の電気化学ポテンシャルの差は、そのイオンの自発的な移動の方向を決定し、濃度勾配に沿った拡散と電場に沿ったドリフトの両方を含みます。

UNESCO Nomenclature: 2209
物理化学

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ジョサイア・ウィラード・ギブスの化学ポテンシャルとギブス自由エネルギーに関する研究
  • マイケル・ファラデーの電気分解の法則とファラデー定数の概念
  • Walther Nernst’s development of the Nernst equation
  • 古典熱力学と静電気学の発展

アプリケーション

  • 電池と燃料電池
  • 電気めっきと腐食科学
  • 半導体物理学(フェルミ準位)
  • 神経科学(神経インパルス)
  • 細胞生体エネルギー(ATP合成)

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連: 電気化学ポテンシャル、化学ポテンシャル、静電ポテンシャル、ファラデー定数、ギブズ自由エネルギー、ネルンストの式、電気化学、イオン。

歴史的背景

電気化学ポテンシャルの基本方程式

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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