¿Podría dar una definición intuitiva de potencial químico?

Usted dice que las definiciones son vagas, pero$\mu_i=\left(\frac{\partial U}{\partial N_i}\right)_{S,V,N_{j\neq i}}=\left(\frac{\partial G}{\partial N_i}\right)_{P,T,N_{j\neq i}}$es preciso

Sin embargo, puede ser útil usar una analogía para obtener una definición intuitiva. Estoy seguro de que está familiarizado con el hecho de que los sistemas tienden a evolucionar para reducir los gradientes. Cualquier cambio espontáneo implica dos parámetros conjugados : una fuerza generalizada (correspondiente a un gradiente en algún campo, como una diferencia de presión) y un desplazamiento generalizado (correspondiente al flujo, como un cambio de volumen). El producto de las dos variables conjugadas tiene unidades de energía.

En la transferencia de calor, por ejemplo, un gradiente de temperatura provoca un flujo espontáneo de energía. La "cosa" que se transfiere es la entropía. Así, obtenemos el término diferencial$dU = T\,dS$.

Un gradiente de presión impulsa un cambio en el volumen:$dU = -P\,dV$.

¿Qué causaría el movimiento espontáneo de la materia? En este caso, la fuerza impulsora es un gradiente en el potencial químico de un material .$i$:$dU = \mu_i\,dN_i$.

Estoy seguro de que también está familiarizado con el concepto de que los cambios en la concentración impulsan el transporte o la difusión del material. Esto es solo una aproximación. No explica por qué el aceite y el agua se separan, por ejemplo. (O por qué dos materiales mixtos se separarían). El potencial químico es como una concentración aumentada que también incorpora la unión entre materiales (así como la concentración). Es el verdadero árbitro de cómo se moverá la materia.

Puede decir que es la energía necesaria para eliminar una partícula de un sistema de muchos cuerpos.

Más formalmente

El potencial químico también puede verse como un multiplicador de Lagrange relacionado con la restricción de que el número de partículas de un sistema cerrado es fijo.

Para entender esto, considere el ejemplo de un gas hecho de$N$electrones La probabilidad de un estado propio de energía$E$estar ocupado viene dada por la distribución de Fermi-Dirac

La interpretación física del potencial químico que funciona mejor para mí es la energía libre de Gibbs "privada" por mol de cada especie química individual en una mezcla, de modo que la energía libre total de la mezcla es solo el número de moles de cada especie por el potencial químico de esa especie, sumado a todas las especies.

Si bien cada una de las respuestas anteriores da una idea del significado del potencial químico, personalmente, la entrada de Wikiperdia https://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_potential me da la mejor idea de cómo leer el potencial químico: además de distinguir "electroquímico potencial" del potencial químico, también interpreta su significado en una variedad más amplia de sistemas físicos.