Standard állapot

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A standard állapot 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, nem csak a 25 °C-ra, hanem bármely más hőmérsékletre is vonatkozhat (feltéve, ha a nyomás 1 bar), ezért meg kell adni a hőmérsékletet is, nem elég a standardállapot kifejezés. A kifejezés a fizikai kémiában használatos, mint standardentrópia, vagy standardentalpia; ebben az értelmezésben nem feltétlenül gázállapotra.[1]

A standard állapotú gázok egységynyi anyagmennyisége (1 mól), 25,0 Celsius-fokon (298,15 kelvin), normál légköri nyomáson (101325 Pa) 0,0245 m³ térfogatúak. Ez tehát magában foglalja a moláris térfogat meghatározását is: az ideális gáz moláris térfogata 101 325 Pa nyomáson és 25 °C hőmérsékleten 0,0245 m3/mol. A standard állapoton kívül megkülönböztetünk normál állapotot is[* 1].

Értelmezése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A standard állapotokat részben légnemű anyagok mennyiségének és áramlásának egyértelműsítésére használjuk. Másrészt a kémia, termodinamika és a fizikai kémia területén az állapotjelzők egyértelmű megadására szükségesek.[2] Az IUPAC álláspontja elsődlegesen a nyomás értékét rögzíti; a hőmérséklet referenciaértéke lehet akár a 0 K, a fagypont, vagy a szobahőmérséklet. A standard állapotot jelölő szimbólumra vonatkoztatva azt írja (például B anyag moláris normálentrópiája, S_B^\ominus):

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

„Minthogy a T^\ominus csak általánosságban jelenti a normál hőmérsékletet, nyomatékosan nem javasoljuk, 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 p^\ominus=100\ 000\ \mathrm{Pa}

Példa a kémiai potenciál jelölésére: \mu_B^\ominus (g, T), 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: \mu_B^\ominus (g, T, p, y), 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: V_{C_4 H_{10}}(g, 373,15\ \mathrm{K}, 2\ \mathrm{bar}, 0,8).

Magyar nyelvű szövegben a felsorolás jele és a tizedesvessző összetéveszthető, ezért célszerű így jelölni: V_{C_4 H_{10}}(g; 373,15\ \mathrm{K}; 2\ \mathrm{bar}; 0,8)

Fizikai mennyiség változásának standard értéke[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ha egy mennyiség megváltozását kívánjuk jelölni, és az állandó nyomásra vonatkozik, akkor a nyomás jele elhagyható: \Delta _s^l H^\ominus=H^\ominus(l)-H^\ominus(s), 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.

Álljon itt példaképpen az ammónia párolgáshőjének értéke:

\Delta _{vap} H_{100000 Pa}^\ominus=23,34\ \mbox{kJ/mol}

\Delta _{vap} H_{101325 Pa}^\ominus=23,32\ \mbox{kJ/mol}

Párolgási standard entrópia:

\Delta _{vap} S_{100000 Pa}^\ominus=97,4\ \mbox{J/mol K}

\Delta _{vap} S_{101325 Pa}^\ominus=97,2\ \mbox{J/mol K}

Párolgási belső energia:

\Delta _{vap} U_{100000 Pa}^\ominus=21,34\ \mbox{kJ/mol}

\Delta _{vap} U_{101325 Pa}^\ominus=21,33\ \mbox{kJ/mol}

Klasszikus meghatározása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

Magyarországon két referencia-állapotot értelmeztek. Technikai normál állapotnak[3] nevezték a technikai nyomás-mértékegységgel értelmezett állapotot:

98 066,5 Pa nyomás és 20 °C hőmérséklet

Fizikai normál állapotnak (megkülönböztetésül):

101 325 Pa nyomás és 0 °C hőmérséklet

Az IUPAC értelmezésében az 1 atm, azaz 101 325 Pa volt a standard nyomás praktikus okokból (ez a légköri nyomás tengerszinten). Az Amerikai Egyesült Államok területén ma is ez a szabványos normál állapot (NIST) szemben az ISO (Nemzetközi Szabványügyi Szervezet) ajánlásával.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Kaptay György. Fizikai kémia anyagmérnököknek. Miskolci Egyetem (2005)  Normálentrópia, vagy normálentrópia: minden hozzáadott energia a kezdeti, legstabilabb állapotból kiindulva, egészen a szabványos nyomás és hőmérséklet értékéig
  2. Ewing, Lilley, Oloffson, Rätzsch, Somsen: Standard quantities in chemical thermodynamics. iupac.org. (Hozzáférés: 2011. június 21.)
  3. Bevezetés a pneumatikába (application/pdf objektum). FESTO, 2010. (Hozzáférés: 2011. június 8.)

Megjegyzések[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. A standard szó angol, és azt jelenti: szabvány. A normál szó német közvetítéssel a latinból származik, és ugyanazt jelenti. A fizikai-kémiai alapállapotot gyakran nevezik reference state-nek is.
  2. Ez az adat természetesen csak ideális gázra igaz

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]