化学ポテンシャルの粒子移動の根拠

質問

こんにちは。熱力学において、高温側から低温側に熱が移動する
（第二法則）のは、仮定（原理として認める必要がある）ですよね。

では、化学ポテンシャルが高い側から低い側へ粒子が流れる
というのは、どんな根拠があるのですか？
同様に仮定として認める必要があるものなのでしょうか？
よろしくお願いします。

回答No.2

IrGacria · ベストアンサー

定義　G = U - TS + PV　（の変分）　(1)
と
熱力学の恒等式　TdS = dU - μdN + pdV (2)
から考えて下さい（文字の定義は省略）。

>ギブズの自由エネルギーと化学ポテンシャルの関係は、
>エントロピーと絶対温度の関係に似ていますね。

関係といえば，たしかに(1)(2)より
dG = μdN - SdT + VdP (3)
ですから、そういう対応関係といってもいいのかもしれません。

> ギブズの自由エネルギーというのは、等温定圧過程以外では意味を持たないのですか？

等温かつ定圧過程では dG = μdN ですから、理解しやすい形になります。
粒子の増減が無いばあいに限れば、等温変化では G の微分から体積、等圧変化ではエントロピーがでます。その他のばあい、たとえば、断熱変化や等積変化の場合には、少なくとも便利ではない。他の熱力学的関数を考えたほうが実利にかなうという感じでしょうか。

お礼

なるほど、(3)から、(dG/dP)_{T,N}=V,(dG/dT)_{P,N}=-Sですね。
化学においては、等温定圧変化が大事だから、Gをよく使うのですね。
分かりやすかったです。ありがとうございました。

回答No.1

IrGacria

化学ポテンシャルの定義は
「系に粒子を一つ付け加えることで上昇するエネルギー」
です。
系Aが化学ポテンシャルの高いほう、系Bが低い方とします。
Aから粒子を取り出してBに付け加えるのと、Bから取り出してAに付け加えるのではどちらがトータルのエネルギーが得か？
これを考えれば分かるでしょう。

お礼

失礼しました。フェルミの熱力学に等温定圧過程において熱平衡を議論する時に有用な関数としてギブズの自由エネルギーを考えると書いてありました。ありがとうございました。

それでなのですが、お礼のスペースなのに質問してすいません。ギブズの自由エネルギーというのは、等温定圧過程以外では意味を持たないのですか？

補足

粒子の移動が起こると（ギブズの自由）エネルギーが得することを表したものが化学ポテンシャルの定義なのですね？

ギブズの自由エネルギーと化学ポテンシャルの関係は、
エントロピーと絶対温度の関係に似ていますね。

それでは、自由エネルギーが低くなる方向に反応が進むというのは、
根拠はなんなのですか？