Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Интенсивное физическое свойство веществ
Intensive physical property of substances
В электрохимии электрохимический потенциал (ЭХП), является термодинамической мерой химического потенциала, учитывающей вклад энергии электростатики. Электрохимический потенциал выражается в единицах Дж/моль.
In electrochemistry, the electrochemical potential (ECP), , is a thermodynamic measure of chemical potential that does not omit the energy contribution of electrostatics. Electrochemical potential is expressed in the unit of J/mol.
Введение
Каждый химический вид (например, "молекулы воды", "ионы натрия", "электроны" и т.д.) имеет электрохимический потенциал (величина, измеряемая в единицах энергии) в любой заданной точке пространства, который отражает, насколько легко или сложно добавить больше этого вида в данное место. Если это возможно, вид будет перемещаться из областей с более высоким электрохимическим потенциалом в области с более низким электрохимическим потенциалом; в состоянии равновесия электрохимический потенциал будет одинаковым во всех точках для каждого вида (хотя для разных видов он может отличаться). Например, если в стакане воды равномерно растворены ионы натрия (Na+), и к воде приложено электрическое поле, то ионы натрия будут стремиться к перемещению в сторону, притягиваемую электрическим полем. Мы говорим, что ионы обладают электрической потенциальной энергией и перемещаются, чтобы снизить эту энергию. Аналогично, если в стакане воды с одной стороны много растворенного сахара, а с другой – нет, каждая молекула сахара будет случайным образом диффундировать по воде, пока концентрация сахара не станет одинаковой во всем объеме. Мы говорим, что молекулы сахара обладают "химическим потенциалом", который выше в областях с высокой концентрацией, и молекулы перемещаются, чтобы снизить свой химический потенциал. Эти два примера показывают, что электрический и химический потенциалы могут приводить к одному и тому же результату: перераспределению химических видов. Поэтому логично объединить их в единый "потенциал" – электрохимический потенциал, который позволяет напрямую оценить суммарное перераспределение с учетом обоих факторов. В принципе, легко измерить, одинаков ли электрохимический потенциал для определенного химического вида (например, молекулы растворенного вещества) в двух областях (например, в двух стаканах воды): для этого нужно позволить этому виду свободно перемещаться между двумя областями (например, соединить их полупроницаемой мембраной, которая пропускает только этот вид). Если химические потенциалы в двух областях одинаковы, вид будет перемещаться между ними в обоих направлениях примерно с одинаковой частотой, и чистая миграция будет равна нулю (это называется "диффузионным равновесием"). Если химические потенциалы в двух областях различны, больше молекул будет перемещаться в область с более низким химическим потенциалом, чем в обратном направлении. Более того, когда диффузионное равновесие не достигнуто, то есть существует тенденция к диффузии молекул из одной области в другую, каждая молекула, участвующая в чистой диффузии, высвобождает определенное количество свободной энергии. Эта энергия, которую иногда можно использовать (простой пример – концентрационная ячейка), и свободная энергия на моль численно равна разности электрохимических потенциалов между двумя областями.
Each chemical species (for example, "water molecules", "sodium ions", "electrons", etc.) has an electrochemical potential (a quantity with units of energy) at any given point in space, which represents how easy or difficult it is to add more of that species to that location. If possible, a species will move from areas with higher electrochemical potential to areas with lower electrochemical potential; in equilibrium, the electrochemical potential will be constant everywhere for each species (it may have a different value for different species). For example, if a glass of water has sodium ions (Na+) dissolved uniformly in it, and an electric field is applied across the water, then the sodium ions will tend to get pulled by the electric field towards one side. We say the ions have electric potential energy, and are moving to lower their potential energy. Likewise, if a glass of water has a lot of dissolved sugar on one side and none on the other side, each sugar molecule will randomly diffuse around the water, until there is equal concentration of sugar everywhere. We say that the sugar molecules have a "chemical potential", which is higher in the high concentration areas, and the molecules move to lower their chemical potential. These two examples show that an electrical potential and a chemical potential can both give the same result: A redistribution of the chemical species. Therefore, it makes sense to combine them into a single "potential", the electrochemical potential, which can directly give the net redistribution taking both into account. It is (in principle) easy to measure whether or not two regions (for example, two glasses of water) have the same electrochemical potential for a certain chemical species (for example, a solute molecule): Allow the species to freely move back and forth between the two regions (for example, connect them with a semi permeable membrane that lets only that species through). If the chemical potential is the same in the two regions, the species will occasionally move back and forth between the two regions, but on average there is just as much movement in one direction as the other, and there is zero net migration (this is called "diffusive equilibrium"). If the chemical potentials of the two regions are different, more molecules will move to the lower chemical potential than the other direction. Moreover, when there is not diffusive equilibrium, i. e., when there is a tendency for molecules to diffuse from one region to another, then there is a certain free energy released by each net diffusing molecule. This energy, which can sometimes be harnessed (a simple example is a concentration cell), and the free energy per mole is exactly equal to the electrochemical potential difference between the two regions.
Конфликтные терминологии
В электрохимии и физике твердого тела обычно обсуждают как химический потенциал, так и электрохимический потенциал электронов. Однако в этих двух областях определения этих терминов иногда путают. В электрохимии электрохимический потенциал электронов (или любого другого вида) представляет собой полный потенциал, включающий как (внутренний, неэлектрический) химический потенциал, так и электрический потенциал, и по определению постоянен во всей системе, находящейся в равновесии, в то время как химический потенциал электронов равен электрохимическому потенциалу минус локальная электрическая потенциальная энергия на один электрон. В физике твердого тела определения обычно соответствуют этому, но иногда их меняют местами. В данной статье используются определения, принятые в электрохимии.
It is common in electrochemistry and solid state physics to discuss both the chemical potential and the electrochemical potential of the electrons. However, in the two fields, the definitions of these two terms are sometimes swapped. In electrochemistry, the electrochemical potential of electrons (or any other species) is the total potential, including both the (internal, nonelectrical) chemical potential and the electric potential, and is by definition constant across a device in equilibrium, whereas the chemical potential of electrons is equal to the electrochemical potential minus the local electric potential energy per electron. In solid state physics, the definitions are normally compatible with this, but occasionally the definitions are swapped. This article uses the electrochemistry definitions.
Неправильное использование
Термин "электрохимический потенциал" иногда используется для обозначения электродного потенциала (как потенциала корродирующего электрода, электрода с ненулевой чистой реакцией или током, так и потенциала электрода в состоянии равновесия). В некоторых контекстах электродный потенциал корродирующих металлов называют "электрохимическим потенциалом коррозии", который часто сокращают как ECP, и иногда слово "коррозия" опускают. Это может приводить к путанице. Эти две величины имеют различное значение и различные размерности: электрохимический потенциал измеряется в энергии на моль, а электродный потенциал – в напряжении (энергии на заряд).
The term electrochemical potential is sometimes used to mean an electrode potential (either of a corroding electrode, an electrode with a non zero net reaction or current, or an electrode at equilibrium). In some contexts, the electrode potential of corroding metals is called "electrochemical corrosion potential", which is often abbreviated as ECP, and the word "corrosion" is sometimes omitted. This usage can lead to confusion. The two quantities have different meanings and different dimensions: the dimension of electrochemical potential is energy per mole while that of electrode potential is voltage (energy per charge).