A standardállapot kémiai kifejezés. Azokat a reakciókörülményeket nevezik így, amelyeknél a nyomás 1 bar, azaz 100 000 Pa. Mivel a többi körülmény (például a hőmérséklet) nincs fixálva, nemcsak a 25 °C-ra, hanem bármely más hőmérsékletre is vonatkozhat (feltéve, ha a nyomás 1 bar), ezért a hőmérséklet megadása is szükséges. A kifejezés a fizikai kémiában használatos mint standardentrópia, vagy standardentalpia; ebben az értelmezésben nem feltétlenül gázállapotra.[1]

A standardállapotú ideális gázok egységnyi anyagmennyisége (1 mól), 25,0 Celsius-fokon (298,15 kelvin), 100 000 Pa légköri nyomáson 0,02479 m3 térfogattal rendelkezik.[2][3] Ez tehát magában foglalja a moláris térfogat meghatározását is: az ideális gáz moláris térfogata 100 000 Pa nyomáson és 25 °C hőmérsékleten 0,02479 m3/mol. A standardállapoton kívül megkülönböztetnek normálállapotot is.[* 1]

Értelmezése

szerkesztés

A standardállapotok részben légnemű anyagok mennyiségének és áramlásának egyértelműsítésére használatosak. Másrészt a kémia, termodinamika és a fizikai kémia területén az állapotjelzők egyértelmű megadásához szükségesek.[4] Az IUPAC ajánlása elsődlegesen a nyomás értékét rögzíti; a hőmérséklet referenciaértéke lehet akár a 0 K, a fagypont, vagy a szobahőmérséklet. A standardállapotot jelölő szimbólumra vonatkoztatva azt írja (például B anyag moláris normálentrópiája,  ):

„Since   would mean a standard temperature in general, the use of   to mean exclusively 298.15 K is strongly discouraged.”

„Minthogy a   csak általánosságban jelenti a normál hőmérsékletet, erősen ellenjavallt, hogy 298,15 K-ként értelmezzék.”

A fentiek vonatkoznak az állapotváltozások, az állapotok, a halmazállapotok, a képződéshő, a kémiai reakciók, kristályosodás, az oldás, és sok más egyéb jelenség jelölésére; a kémiai potenciál, a normálentalpia, a normálentrópia, a Gibbs energia, a fugacitás, az egyensúlyi állandó referenciaértékének megadására. A szabványos nyomás jele (és értéke) ennek értelmében  

Példa a kémiai potenciál jelölésére:  , ahol B bármely anyagot jelölhet, g a légnemű halmazállapot jele (gas), T a referencia hőmérséklet. Ha a definíció eltérő referenciaállapotra vonatkozik, azt jelölni kell, például:  , ahol p a nyomás és y a móltört (ha elegyről van szó). A bután gőz parciális moláris térfogata így adható meg 100 Celsius-fokon, 2 bar nyomáson és 0,8 móltörtre:  .

Magyar nyelvű szövegben a felsorolás jele és a tizedesvessző összetéveszthető, ezért célszerű a pontosvessző használata, pl.:  

Fizikai mennyiség változásának standard értéke

szerkesztés

Egy mennyiség megváltozásának jelölése során a nyomás jele elhagyható, amennyiben állandó nyomásra vonatkozik a változás:  , ahol l a folyékony halmazállapot (liquid), s a szilárd (solid), ez így együtt tehát nem más, mint a moláris fagyáshő.

Az IUPAC jelölésrendszer a fizikai és kémiai változásokra sorol fel jeleket. Leggyakrabban a moláris entalpiára és a moláris entrópiára ismertetik ezek értékét a nemzetközi források, főként a standard képződési entalpia (képződéshő), a standard reakcióentalpia (reakcióhő), illetve a fázisátalakulások esetére. Megadható lenne, de nem használják például a belső energia, a Gibbs-függvény, a szabadentalpia, az oldáshő, és sok más fizikai–kémiai mennyiségre.

Példaképpen az ammónia párolgáshőjének értéke:

 

 

Párolgási standard entrópia:

 

 

Párolgási belső energia:

 

 

Klasszikus meghatározása

szerkesztés

A normálállapot a következőket jelenti: pontosan 0 °C hőmérséklet (273,15 K), és 1 atmoszféra nyomás (101 325 Pa), 0,02241 m3 térfogat.[* 2] Ezek az értékek megközelítőleg megegyeznek a tengerszinten mért légköri nyomással és a víz fagyáspontjával.

Változatok

szerkesztés

Magyarországon két referencia-állapotot értelmeztek. Technikai normálállapotnak[5] nevezték a technikai nyomás-mértékegységgel értelmezett állapotot:

98 066,5 Pa nyomás és 20 °C hőmérséklet

Fizikai normálállapotnak (megkülönböztetésül):

101 325 Pa nyomás és 0 °C hőmérséklet

Az IUPAC 1982-ig a 101 325 Pa, azaz 1 atm értéket ajánlotta a standard nyomás definíciójaként, elsősorban praktikus okokból; ez a légköri nyomás tengerszinten. Ez az ajánlott érték 1982-től megváltozott 100 000 Pa-ra, azaz 1 bar-ra.[6] Az Amerikai Egyesült Államok területén ma is 101 325 Pa a szabványos normálállapot (a NIST definícióját követve), szemben az ISO (Nemzetközi Szabványügyi Szervezet) ajánlásával.

Megjegyzések

szerkesztés
  1. A „standard” szó angol eredetű, és azt jelenti: szabvány. A „normál” szó német közvetítéssel a latinból származik, és a köznapi nyelvhasználatban ugyanazzal a jelentéssel bír. A fizikai-kémiai alapállapotot gyakran nevezik reference state-nek is.
  2. Ez az adat csak ideális gázra igaz.

Hivatkozások

szerkesztés
  1. Kaptay György. Fizikai kémia anyagmérnököknek [archivált változat]. Miskolci Egyetem (2005). Hozzáférés ideje: 2013. július 1. [archiválás ideje: 2014. július 24.]  Normálentrópia, vagy normálentrópia: minden hozzáadott energia a kezdeti, legstabilabb állapotból kiindulva, egészen a szabványos nyomás és hőmérséklet értékéig
  2. Donald W. Rogers. Concise Physical Chemistry. John Wiley & Sons, Inc., 4. o. (2011). ISBN 978-0-470-52264-6 
  3. Georg Job, Regina Rüffler. Physical Chemistry from a Different Angle - Introducing Chemical Equilibrium, Kinetics and Electrochemistry by Numerous Experiments. Springer International Publishing AG, 275. o. (2016). ISBN 978-3-319-15665-1 
  4. Ewing, Lilley, Oloffson, Rätzsch, Somsen: Standard quantities in chemical thermodynamics. iupac.org. (Hozzáférés: 2011. június 21.)
  5. Bevezetés a pneumatikába (application/pdf objektum). FESTO, 2010. [2011. június 27-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. június 8.)
  6. Compendium of Chemical Terminology - Gold Book (version 2.3.3), 2014. február 24. [2018. november 5-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. augusztus 25.)