Электрохимический потенциал

Подходы равновесной термодинамики используются при рассмот­рении процессов переноса вещества через биологические мембраны.

В клетке химические превращения и перенос веществ проходят при Т = const и р = const.

принимает вид

При одном обороте реакции количество молекул исходных веществ и продуктов пропорционально соответствующим стехиометрическим коэффициентам v так, что изменение числа молей Лл_у = у_у. Это справед­ливо, когда в результате одного оборота реакции число превращённых молекул существенно меньше общего числа молекул реагентов в смеси. Тогда выражениезапишется как

По правилу знаковдля исходных веществ идля

продуктов реакции.

Рассмотрим процесс переноса вещества через мембрану из фазы А в фазу В, если фазы отличаются химическими потенциалами ц, и р_в. В этом случае

Поскольку

В состоянии равновесия \С = 0, следовательно

или

327

В более общем случае между двумя фазами, разделёнными мембра­ной, могут происходить два типа процессов: перенос незаряженных частиц благодаря разности концентраций с_А и с_в (осмотическая работа) и перенос заряженных частиц (электрическая работа).

Электрохимический потенциал р - это полный потенциал, учиты­вающий химический потенциал р системы и электрическую работу по переносу заряженных частиц

При постоянных температуре и составе системы изменение энергии Гиббса в процессе, который переводит систему из состояния А в состояние Б равно

Для газа однородного состава химический потенциал

ґ.р

равен изменению энергии Гиббса при добавлении одного моля газа к бесконечно большому количеству этого же газа. Поэтому

где- стандартный химический потенциал при давлении 1 атмосфера.

Аналогично можно записать химический потенциал компонента і смеси газов с учётом связи давления р с концентрациейПусть

р° - стандартный химический потенциал компонента і в случае, когда его концентрация равна единице. Тогда химический потенциал компо­нента і смеси газов

Электрическая работа равна

где z - валентность иона; F= 96500 Кл - число Фарадея (заряд одного моля одновалентных ионов); ср - электрический потенциал на границе раздела фаза - окружающая среда.

Для случая переноса через мембрану из фазы А в фазу В нейтральных веществ и ионов изменение электрохимического потенциала имеет вид

Условием равновесия являетсяТогда в общем случае, когда

имеется перенос нейтральных и заряженных частиц, равновесие будет определяться соотношением ,или равенством электрохимических потенциалов

17.3.