Respuesta corta: el nivel de Fermi es el potencial electroquímico de los electrones.
Respuesta larga: el potencial electroquímico de una especie es el cambio en la energía libre cuando una partícula de esa especie se agrega a un sistema. Esa especie podría ser, por ejemplo, iones Li + o moléculas de agua. Si dos sistemas pueden intercambiar partículas y están en equilibrio, entonces esa especie tendrá el mismo potencial electroquímico en ambos sistemas.
El nivel de Fermi es el potencial electroquímico de los electrones: el cambio en la energía libre cuando se agrega un electrón al sistema. Cuando conecta un voltímetro a dos electrodos, está midiendo la diferencia en sus niveles de Fermi. Los potenciales electroquímicos son cantidades relativas, lo que significa que solo las diferencias en el potencial electroquímico tienen sentido.
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Potencial electroquímico versus potencial químico
En electroquímica, el potencial químico es el potencial electroquímico menos las contribuciones electrostáticas macroscópicas a la energía libre. Por lo tanto, incluye la parte “química” pero no la parte “electro”. Sin embargo, una advertencia: algunas personas (especialmente los físicos) pueden intercambiar estas definiciones.
Potencial electroquímico versus potencial de electrodo estándar
Solo quería mencionar que el potencial electroquímico es diferente del “potencial de electrodo estándar”. El potencial de electrodo estándar de una media reacción es el voltaje que mediría en un electrodo (en relación con alguna referencia estándar) si esa reacción estuviera en equilibrio. El potencial de electrodo estándar está relacionado con los potenciales electroquímicos de todas las especies involucradas en la reacción.
Otras lecturas:
Artículo de Wikipedia sobre potencial electroquímico
Bard y Faulkner, Métodos electroquímicos: fundamentos y aplicaciones.
Newman, sistemas electroquímicos
