Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать со Стандартными условиями для температуры и давления или Стандартными условиями на уровне моря .

В химии , то стандартное состояние материала (чистое вещество , смесь или раствор ) является точка отсчета используется для расчета его свойств при различных условиях. Верхний индекс круга используется для обозначения термодинамической величины в стандартном состоянии, такой как изменение энтальпии (ΔH °), изменение энтропии (ΔS °) или изменение свободной энергии Гиббса (ΔG °). [1] [2] (См. Обсуждение набора ниже.)

В принципе, выбор стандартного состояния является произвольным, хотя Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) рекомендует стандартный набор стандартных состояний для общего использования. [3] ИЮПАК рекомендует использовать стандартное давление p ⦵  = 10 5  Па . [4] Строго говоря, температура не является частью определения стандартного состояния. Например, как обсуждается ниже, стандартное состояние газа обычно выбирается равным единице давления (обычно в барах) идеального газа., независимо от температуры. Однако большинство таблиц термодинамических величин составляются при определенных температурах, чаще всего 298,15 K (25,00 ° C; 77,00 ° F) или, что несколько реже, 273,15 K (0,00 ° C; 32,00 ° F). [5]

Стандартное состояние не следует путать со стандартной температурой и давлением (STP) для газов [6], а также со стандартными растворами, используемыми в аналитической химии . [7] STP обычно используется для расчетов с газами, которые приближаются к идеальному газу , тогда как стандартные условия состояния используются для термодинамических расчетов. [5]

Для данного материала или вещества стандартное состояние является эталонным состоянием для свойств термодинамического состояния материала, таких как энтальпия , энтропия , свободная энергия Гиббса и для многих других стандартов материалов. Стандартное изменение энтальпии образования для элемента в его стандартном состоянии равна нулю, и это соглашение дает широкий спектр других термодинамических величин , которые будут рассчитаны и сведены в таблицу. Стандартное состояние вещества не обязательно должно существовать в природе: например, можно рассчитать значения для пара при 298,15 К и 10 5  Па., хотя в этих условиях пар не существует (в виде газа). Преимущество этой практики состоит в том, что составленные таким образом таблицы термодинамических свойств самосогласованы.

Обычные стандартные состояния [ править ]

Многие стандартные состояния являются нефизическими состояниями, часто называемыми «гипотетическими состояниями». Тем не менее, их термодинамические свойства хорошо определены, обычно путем экстраполяции некоторых ограничивающих условий, таких как нулевое давление или нулевая концентрация, к заданным условиям (обычно единичной концентрации или давлению) с использованием идеальной экстраполяционной функции, такой как идеальный раствор или идеальный поведение газа, или путем эмпирических измерений.

Газы [ править ]

Стандартное состояние газа - это гипотетическое состояние чистого вещества, подчиняющегося уравнению идеального газа при стандартном давлении (10 5  Па или 1 бар). Ни один реальный газ не обладает идеально идеальным поведением, но такое определение стандартного состояния позволяет согласованно вносить поправки на неидеальность для всех различных газов.

Жидкости и твердые вещества [ править ]

Стандартное состояние для жидкостей и твердых тел - это просто состояние чистого вещества, подвергнутого общему давлению 10 5  Па. Для большинства элементов реперная точка Δ H f ⦵  = 0 определена для наиболее стабильного аллотропа элемента, такие как графит в случае углерода и β-фаза (белое олово) в случае олова . Исключение составляет белый фосфор , наиболее распространенный аллотроп фосфора, который определяется как стандартное состояние, несмотря на то, что он только метастабильный . [8]

Растворы [ править ]

Для вещества в растворе (растворенного вещества) стандартное состояние - это гипотетическое состояние, которое оно будет иметь при стандартной молярности или количественной концентрации, но демонстрирует поведение бесконечного разбавления (где нет взаимодействия растворенное вещество-растворенное вещество, но взаимодействия растворенное вещество-растворитель). Причина этого необычного определения заключается в том, что поведение растворенного вещества на пределе бесконечного разбавления описывается уравнениями, которые очень похожи на уравнения для идеальных газов. Следовательно, принятие бесконечного разбавления за стандартное состояние позволяет согласованно вносить поправки на неидеальность для всех различных растворенных веществ. Моляльность в стандартном состоянии составляет 1 моль кг -1 , в то время как количественная концентрация в стандартном состоянии составляет 1 моль дм -3 .

Адсорбаты [ править ]

Для молекул, адсорбированных на поверхности, были предложены различные соглашения, основанные на гипотетических стандартных состояниях. Для адсорбции, которая происходит на определенных участках (адсорбция Ленгмюра), наиболее распространенным стандартным состоянием является относительное покрытие θ ° = 0,5, поскольку этот выбор приводит к отмене члена конфигурационной энтропии и также согласуется с пренебрежением включением стандартного состояния ( что является распространенной ошибкой). [9] Преимущество использования θ ° = 0,5 состоит в том, что конфигурационный член отменяется, и энтропия, извлеченная из термодинамического анализа, таким образом, отражает внутримолекулярные изменения между объемной фазой (такой как газ или жидкость) и адсорбированным состоянием. Может быть полезным табулирование значений на основе как стандартного состояния на основе относительного покрытия, так и в дополнительном столбце стандартного состояния на основе абсолютного покрытия. Для 2D-состояний газа сложность дискретных состояний не возникает, и было предложено базовое стандартное состояние с абсолютной плотностью, аналогичное трехмерной газовой фазе. [9]

Верстка [ править ]

Во время развития в девятнадцатом веке, верхний индекс символ грузового ( ⦵ был принят) , чтобы указать ненулевой характер стандартного состояния. [10] ИЮПАК рекомендует в 3-м издании « Величин, единиц и символов в физической химии» символ, который выглядит как знак градуса (°), вместо знака на плимсолле. В той же публикации знак на кедах создается путем объединения горизонтального штриха со знаком градуса. [11] В литературе используется ряд похожих символов: строчная буква O ( o ) со штрихом , [12] надстрочный ноль ( 0 ) [13]либо круг с горизонтальной полосой, либо там, где полоса выходит за границы круга ( U + 29B5 ⦵ КРУГ С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПАНЕЛЬЮ ), либо заключена в круг, делящий круг пополам ( U + 2296 ⊖ ОКРУЖЕННЫЙ МИНУС ). [14] [15] По сравнению с символом плимсолла, используемым на судах, горизонтальная полоса должна выходить за границы круга; Следует проявлять осторожность, чтобы не путать символ с греческой буквой тета (верхний регистр Θ или ϴ, нижний регистр θ).

См. Также [ править ]

  • Стандартные условия по температуре и давлению
  • Стандартная молярная энтропия

Ссылки [ править ]

  • Международный союз чистой и прикладной химии (1982). «Обозначения для состояний и процессов, значение слова« стандарт » в химической термодинамике и замечания о обычно табулированных формах термодинамических функций» (PDF) . Pure Appl. Chem. 54 (6): 1239–50. DOI : 10,1351 / pac198254061239 .
  • Межсоюзная комиссия по биотермодинамике IUPAC – IUB – IUPAB (1976 г.). «Рекомендации по измерению и представлению данных биохимического равновесия» (PDF) . J. Biol. Chem. 251 (22): 6879–85.
  1. ^ Toolbox, Engineering (2017). «Стандартное состояние и энтальпия образования, свободная энергия Гиббса образования, энтропия и теплоемкость» . Engineering ToolBox - ресурсы, инструменты и основная информация для проектирования и разработки технических приложений! . www.EngineeringToolBox.com . Проверено 27 декабря 2019 .
  2. ^ Helmenstine, доктор философии, Энн Мари (8 марта 2019). «Что такое стандартные государственные условия? - Стандартные температура и давление» . Наука, техника, математика> Наука . thinkco.com . Проверено 27 декабря 2019 .
  3. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « стандартное состояние ». DOI : 10,1351 / goldbook.S05925
  4. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « стандартное давление ». DOI : 10,1351 / goldbook.S05921
  5. ^ a b Хельменстин, доктор философии, Энн Мари (6 июля 2019 г.). «Стандартные условия по сравнению с стандартным состоянием» . Наука, техника, математика> Наука . thinkco.com . Проверено 6 сентября 2020 .
  6. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « Нормативные условия для газов ». DOI : 10,1351 / goldbook.S05910
  7. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Стандартное решение ». DOI : 10,1351 / goldbook.S05924
  8. ^ Housecroft CE и Шарп AG, неорганическая химия (2й изд., Пирсон Prentice-Hall 2005) p.392
  9. ^ a b Савара, Адитья (2013). «Стандартные состояния адсорбции на твердых поверхностях: двумерные газы, поверхностные жидкости и ленгмюровские адсорбаты» . J. Phys. Chem. C . 117 : 15710–15715. DOI : 10.1021 / jp404398z .
  10. ^ Пригожин И. и Дефай Р. (1954) Химическая термодинамика , стр. xxiv
  11. ^ ER Cohen, T. Cvitas, JG Frey, B. Holmström, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, HL Strauss, M. Takami и AJ Thor, «Величины, единицы и символы в физической химии», Зеленая книга ИЮПАК, 3-е издание, 2-е издание, Издательство ИЮПАК и RSC, Кембридж (2008), стр. 60
  12. ^ IUPAC (1993) Величины, единицы и символы в физической химии (также известной как Зеленая книга ) (2-е изд.), Стр. 51
  13. ^ Нараянан, К.В. (2001) Учебник термодинамики химической инженерии (8-е издание, 2006 г.), стр. 63
  14. ^ "Разные математические символы-B" (PDF) . Юникод. 2013 . Проверено 19 декабря 2013 .
  15. ^ Миллс, IM (1989) "Выбор имен и символов для величин в химии". Журнал химического образования (том 66, номер 11, ноябрь 1989 г., стр. 887–889) [Обратите внимание, что Миллс (который участвовал в пересмотре количеств, единиц и символов в физической химии ) ссылается на символ ⊖ (Unicode 2296). «Обведенный минус», как показано на https://www.unicode.org/charts/PDF/U2980.pdf ) в качестве символа кедов, хотя в печатной статье отсутствует расширяющаяся полоса. Миллс также говорит, что ноль в верхнем индексе является равноценной альтернативой для обозначения «стандартного состояния», хотя в той же статье используется символ градуса (°)]