Спонтанность миграции ионов через мембраны в электрохимических элементах можно оценить с помощью нескольких термодинамических показателей:

Энтальпия (ΔH) – изменение энтальпии системы при миграции ионов. Это значение связано с теплотой реакции и определяет энергетические затраты на процесс.

Энтропия (ΔS) – изменение энтропии системы. Повышение энтропии связано с увеличением беспорядка, что обычно способствует спонтанности процессов.

Свободная энергия Гиббса (ΔG) – наиболее ключевой показатель спонтанности. Если ΔG < 0, процесс является спонтанным при данных условиях (температура и давление). Она рассчитывается по уравнению:
[
ΔG = ΔH - TΔS
]
где ( T ) – абсолютная температура в Кельвинах.

Электрохимический потенциал (μ) – это изменение химического потенциала ионов в растворе и через мембрану, который также влияет на спонтанность и направленность миграции. Миграция происходит в направлении уменьшения химического потенциала.

Концентрационные градиенты – разность концентраций ионов с обеих сторон мембраны также может указывать на спонтанность: ионы будут стремиться перемещаться из области с высокой концентрацией в область с низкой.

Электрический потенциал (E) – в электрохимических системах разница в электрическом потенциале может значительно влиять на миграцию ионов. Этот показатель важен в контексте работы элементов, таких как батареи или топливные элементы.

Эти термодинамические параметры помогают оценить, будут ли процессы, связанные с миграцией ионов, протекать спонтанно или потребуется затратить энергию для их инициирования.