化学ポテンシャル

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化学ポテンシャル (Chemical potential) は熱力学で用いられるエネルギー量で一般に μ (ミュー)で表される。これはモル(mol)あたり（あるいは1分子あたり）のギブズエネルギーを意味し、通常は成分ごとに分けて考える。例えば成分 i の化学ポテンシャルは μi で表す。従って、ある反応系において各成分の化学ポテンシャルの総和はギブズエネルギーとなる。従ってギブズエネルギーは以下のように表現できる。

G =\, \sum_i \mu_i n_i

ギブズエネルギー及びモル数は示量変数（示量性状態量）であり、化学ポテンシャルは示強変数（示強性状態量）である（→参照：状態量）。

系が一様であるとして、化学ポテンシャル μi は、

\mu_i = \left( {\partial G \over {\partial n_i} } \right)_{T,P,n_j} = \left( {\partial U \over {\partial n_i} } \right)_{S,V,n_j} = \left( {\partial H \over {\partial n_i} } \right)_{S,P,n_j} = \left( {\partial F \over {\partial n_i} } \right)_{T,V,n_j}

で表される。G はギブズエネルギー、U は内部エネルギー、H はエンタルピー、F はヘルムホルツエネルギー、ni は成分 i のモル数である。括弧()に付く添え字は、その変数が一定であることを意味する。各変数は、T：温度、P：圧力、S：エントロピー、V：体積、njは成分 j のモル数で、 j \ne i である。

モル数でなく、粒子数としての化学ポテンシャルμも考えることができる。固体電子論における電子系（例：電子ガス）でも化学ポテンシャルを定義することができ、特に温度T = 0 Kにおける化学ポテンシャルμのことを、フェルミエネルギーεFと呼ぶ場合がある。

\mu_{T = 0} \, = \epsilon_F

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