Expressions du potentiel chimique

On rencontre trois types de mélanges en chimie des eaux:

les mélanges de gaz, par exemple l'atmosphère en équilibre avec une eau naturelle ou les vapeurs au dessus d'un bassin d'épuration d'eau;
les solutions solides, par exemple un mélange solide de sédiments en équilibre avec les eaux en profondeur d'un lac;
les mélanges liquides, que sont les solutions aqueuses.

Expressions du potentiel chimique

Le cas limite du corps pur

Constituant d'un mélange de gaz parfaits

où P_i est la pression partielle de i dans le mélange de gaz de pression totale P. P^o est un état de référence, appelé état standard, arbitrairement choisi: P^o = 1 bar = 10⁵ Pa.

Constituant d'une solution idéale solide

où ^* désigne le solide pur et x_i la fraction molaire de i dans la solution.

Solvant d'une solution idéale liquide

Soluté d'une solution idéale liquide

avec μ^o potentiel chimique du soluté dans une solution de molalité c^o = 1M. ou encore

où μ^o est le potentiel chimique du soluté dans une solution de molalité b^o = 1m.

Résumé

Toutes les expressions du potentiel chimique ont la même forme mathématique:

Illustration

i.1

On considère une solution aqueuse d'urée H₂NCONH₂ de molalité 0.1 m à 25ºC. En supposant que la solution est idéale:

Lequel, de l'eau dans la solution et l'eau pure, possède le plus grand potentiel chimique?
Calculez la différence de potentiel chimique de l'eau entre la solution et l'eau pure. Placez schématiquement les deux potentiels chimiques sur une même échelle verticale d'énergie, en y portant toutes les valeurs numériques connues.
Effectuez les calculs et tracés correspondants pour l'urée. Peut-on regrouper les deux schémas sur une même échelle?

a) l'eau pure car x est toujours entre 0 et 1; b) μ = μ°-4.47 J.mol^-1; c) μ = μ°-5.71 kJ.mol^-1