پتانسیل شیمیایی

انرژی پتانسیل شیمیایی نوعی انرژی پتانسیل می باشد که در طی واکنش شیمیایی آزاد می شود یا بدست می آید. مقدار پتانسیل شیمیایی همچنین در پی تغییر فاز تغییر می کند. پتانسیل شیمیایی گونه های مختلف موجود در سیستم را می توان با نسبت نرخ انرژی آزاد ترمودینامیکی به نرخ تغییر مولی آن گونه تعریف نمود.
در علم ترمودینامیک، پتانسیل شیمیایی که با µ نشانه گزاری می شود، مقدار پتانسیلی است که یک ماده باید تولید کند برای اینکه یک سیستم را تغییر دهد. در وسیع ترین معانی، پتانسیل شیمیایی مشابه پتانسیل الکتریکی یا پتانسیل گرانشی است که از همان نظریۀ میدان های نیرو به عنوان حرکت اشیا استفاده می کند، که این میدان ها می توانند بارهای الکتریکی، اجرام یا در حالتی مواد شیمیایی باشند. پتانسیل شیمیایی اولین بار توسط مهندس آمریکایی، شیمیدان و ریاضی فیزیک دان، جوسایا ویلارد گیبس (Josiah Willard Gibbs) توصیف شد. او پتانسیل شیمیایی را مانند زیر تعریف کرد:
اگر به هر جرم همگنی در حالت تنش ایستایی (hydrostatic stress) فرض کنیم مقداری بی نهایت کوچک از ماده ای اضافه شود، جرم همگن می ماند و آنتروپی و حجم آن بدون تغییر باقی می ماند، افزایش انرژی جرم که توسط ماده اضافه شده پخش می شود پتانسیل شیمیایی آن ماده در جرم مطرح شده است.گیبش بعدها اشاره کرد که همچنین برای اهداف این تعریف، هر عنصر شیمیایی یا مخلوطی از عناصر با ترکیب درصد معین می تواند به عنوان یک ماده در نظر گرفته شود، خواه بتواند، خواه نتواند به عنوان یک جسم همگن وجود داشته باشد. این آزادی در انتخاب حدود سیستم باعث می شود که پتانسیل شیمیایی در محدودۀ گسترده ای از سیستم ها استفاده شود. این مفهوم می تواند در علم ترمودینامیک و فیزیک برای هر سیستم در حال تغییر استفاده شود. پتانسیل شیمیایی همچنین معادل است با مقدار پارشیال مولار انرژی گیبس (partial molar gibbs energy). در اصل ابتدا رابطۀ مقدار پارشیال مولار انرژی گیبس کشف شد اما به دلیل اهمیت و کاربردهای زیاد آن در سیستم های تعادلی ترمودینامیکی نام پتانسیل شیمیایی را روی آن گزاشتند. پتانسیل شیمیایی در واحد انرژی/ذره (energy/particle) یا معادل آن انرژی/مول (energy/mole) اندازه گیری می شود.در شیمی، پتانسیل شیمیایی معمولاً منحصر می شود به مواردی که شامل تغییر شیمیایی می شود یا تغییر فیزیکی که بر روی مسیر واکنش شیمیایی تأثیر دارد (فاز، غلظت و ...) یا مربوط می شود به خاصیتی مانند چگالی الکترونی. در علم فیزیکی ایستایی مدرن، پتانسیل شیمیایی، توسط دما تقسیم می شود و ضرب کنندۀ لاگرانژ (Lagrange multiplier) برای متوسط محدودیت ذرات در حداکثر سازی آنتروپی است. این یک تعریف علمی جامع و انتزاعی هست، دقیقاً مانند دما که به صورت ضرب کنندۀ لاگرانژ برای محدودیت متوسط انرژی تعریف می شود.
در الکتروشیمی و بعضی شاخه های مرتبط، کلمه پتانسیل شیمیایی برای مفهوم تغییرات اساسی (ولی مرتبط) استفاده می شود که به صورت پتانسیل شیمیایی درونی (internal chemical potential) تعریف می شود.