לכל תא אלקטרוכימי (לדוגמה, "מולקולות מים", "יונינתרן", "אלקטרונים") יש פוטנציאל אלקטרוכימי (כמות עם מידות של אנרגיה) בכל מקום אפשרי בחלל, שמסמל עד כמה קל או קשה להוסיף עוד סוגים לאותה סביבה. אם זה אפשרי, הסוגים ינועו מאזורים עם פוטנציאל אלקטרוכימי גבוה לאזורים עם פוטנציאל אלקטרוכימי נמוך, בשוויון. פוטנציאל אלקטרוכימי מפוזר בכל מקום לכל סוג (יכול להיות שיהיה ערך שונה לכל סוג). לדוגמה אם בכוס מים נמצאים יוני נתרן (+Na) המומסים במים בצורה אחידה, ונוסף שדה מגנטי לתוך המים, אז יוני הנתרן נוטים להמשך לצד אחד של השדה המגנטי. אומרים שליונים יש אנרגיה פוטנציאלית חשמלית, ושהם זזים כדי להפחית את פוטנציאל האנרגיה שלהם. כמו כן, אם בכוס מים בצד אחד יש כמות רבה של סוכר מומס ובצד השני אין, כל מולקולות הסוכר יתפזרו בצורה רנדומלית בתוך המים, עד שתתקבל כמות סוכר שווה בכל האזור. אומרים שלמולקולות הסוכר יש "פוטנציאל כימי", שגבוה יותר באזורים עם התרכזות גבוהה, וכל המולקולות זזות על מנת להפחית את הפוטנציאל הכימי שלהן. שתי הדוגמאות הללו מראות שפוטנציאל חשמלי ופוטנציאל כימי יכולים להגיע לאותה התוצאה: חלוקה מחדש של הסוגים הכימיים. לכן, זה יוצר היגיון לשילוב שלהם לפוטנציאל אחד, הפוטנציאל האלקטרוכימי.
(בעקרון) קל למדוד אם יש או אין שני תחומים (למשל, שתי כוסות מים) שיש להן אותו פוטנציאל אלקטרוכימי לסוג כימי מסוים (למשל, מולקולה של חומר מומס): מאפשר לסוגים לנוע בחופשיות קדימה ואחורה בין שני התחומים האלה (למשל, לחבר אותם עם ממברנה חדירה למחצה שמאפשרת דרך רק לסוגים אלה). אם הפוטנציאל הכימי דומה בשני התחומים, הסוגים לפעמים יזוזו קדימה או אחרה בין שני התחומים, אבל הממוצע יהיה בדיוק כמו תנועה אחת בכיוון השני, ושם אין נדידה בכלל. אם הפוטנציאל הכימי של שני השטחים יהיה שונה, יותר מולקולות ינועו לפוטנציאל הכימי הנמוך יותר מאשר לכיוון השני.
יותר מזה, כאשר אין שיווי משקל מתפשט, כלומר, מתי שיש נטייה למולקולות להתפזר מתחום אחד לתחום שני, אז יש אנרגיה חופשית מסוימת אשר מתפזרת על ידי כל אחת מהמולקולות המתפזרות. האנרגיה הזאת, אשר יכולה לפעמים להירתם (דוגמה פשוטה היא תא ריכוז), והאנרגיה החופשית בכל mole (יחידת מידה) שווה בדיוק להבדל של הפוטנציאל האלקטרוכימי בין שני השטחים.
מונחים מנוגדים
זה שכיח באלקטרוכימיה ובפיזיקה של מצב מוצק להתווכח על שני הפוטנציאלים, הפוטנציאל כימי והפוטנציאל חשמלי של האלקטרונים. למרות זאת, בשני השטחים, ההגדרות של שני המונחים הללו לפעמים מתחלפות. באלקטרוכימיה, הפוטנציאל האלקטרוכימי של האלקטרונים (או כל סוג אחר) נמצא בפוטנציאל מוחלט, הכולל את הפוטנציאל הכימי ואת הפוטנציאל החשמלי (פנימי, לא-חשמלי), והוא על ידי הגדרה קבועה על פני מכשיר בשיווי משקל, ואילו הפוטנציאל הכימי של האלקטרונים שווה לפוטנציאל האלקטרוכימי פחות האנרגיה פוטנציאלית חשמלית מקומית לכל אלקטרון. בפיזיקה של מצב מוצק, המשמעויות מתאימות לזה, אבל מדי פעם המשמעויות מתחלפות.
הגדרה ושימוש
בתנאים כלליים, הפוטנציאל האלקטרוכימי הוא העבודה מכנית הנעשית כאשר מביאים יחידת mole אחת של יון מהמצב הרגיל לריכוז מוגדר ופוטנציאל חשמלי.
פוטנציאל אלקטרוכימי יכול להתבטא גם כ:
