标准状态

维基百科,自由的百科全书
跳到导航 跳到搜索

标准状态standard state),简称标状态,是一种为了方便计算体系性质的参考态。常见的体系有:纯物质混合物溶液。虽然 IUPAC 推荐了一套通用的标准状态,[1] 但原则上,标准状态可以任意选取。

化学生物化学中另外还包括定义的观察反应物浓度, 一般情况下为1mol/L (1 M)。在生物化学中只有质子例外(H+)。限定pH为7,即10-7 mol/l H+离子浓度用于准生理条件描述, 肌体条件,细胞内部条件等[來源請求]

IUPAC 推荐指定标准压力 po =105 Pa。[2] 严格地说,标准状态并没有指定温度。 举个例子,气体的标准状态被指定为:单位压力下(通常是1)的理想气体,而没有指定具体的温度。但是,现实中的大多数热力学数据集都是在特定的温度下测得的,最常见的是:298.15 K(25.00 °C;77.00 °F)或不太常见的:273.15 K(0.00 °C;32.00 °F)。

体系的标准状态就是体系热力学性质Gibbs自由能)的参考态。在标准状态下,元素的标准摩尔生成焓为零,这使得在相当大的范围内,其他的热力学性质都变得容易计算,并能够以制成表格以便查阅。需要注意的是,物质的标准态不一定是真是存在的:举个例子,可以计算水蒸气在温度为 298.15 K、压力为 105 Pa 时的热力学性质,虽然此时水以液态存在。 但这样做可以使计算出的热力学性质表保持自洽。

常用的标准状态[编辑]

很多标准状态并非物理上存在的真实状态,通常把他们认为是一种“假想状态”。 标准状态的热力学性质有精确地定义。通常通过假定体系在边界条件处服从某些理想模型,然后外推到特定的条件下得到。常用的边界条件有:零压力或零浓度;理想模型有:理想溶液、理想气体或某些经验方程;特定条件通常是:单位浓度或单位压力。

气体[编辑]

气体的标准状态是个假想态,其定义为:标准压力(105 Pa,或1巴)下,服从理想气体状态方程的纯气体。 虽然没有任何一种真实气体具有完全理想的行为,但是这种标准状态的定义允许对不同气体的非理想性进行修正。

液体和固体[编辑]

液体和固体的标准状态有着简单的定义:总压力为 105 Pa 时的纯物质。对于大多数的元素,标准摩尔生成焓 ΔHfo =0 的参考态为:同压下,该元素最稳定的同素异形体。例如对于碳元素是石墨;而对于锡则是 β-锡(白锡)。有一个例外:白磷,是磷最常见的同素异形体,被定义为磷的标准状态,尽管它仅是介稳态英语Metastability[3]

溶液[编辑]

对于溶液中的物质(溶质)它的标准状态是一种假想态,其定义为:溶质的浓度为单位质量摩尔浓度体积摩尔浓度,且溶质服从无限的稀释溶液行为的假想溶液状态。有这种不寻常定义的原因是:描述无限稀释溶液中溶质行为的方程和理想气体状态方程十分相似。 因此,把无限稀释溶液的行定为标准状态,并允许对不同溶液的非理想行为作出修正。标准质量摩尔浓度为1 mol kg−1,标准体积体积摩尔浓度为1 mol dm−3

符号规范[编辑]

十九世纪时,人们使用上标 Plimsoll 符号英语Waterline来表示非零性质的标准的状态。[4] 第3版的 IUPAC 建议书《Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry》推荐使用一个类似角度单位“度”(°)的符号来替代 Plimsoll 符号。在同一出版物中, Plimsoll 符号似乎是由一条水平的横线和一个角度符号组成的。[5] 论文中使用了一系列类似的符号:带有横划线的小写的O(o)、[6] 上标零(0)[7] 、一个圆形带有一条水平横线,横线可以伸出圆形的边界(U+29B5CIRCLE WITH HORIZONTAL BAR)或者终止在圆上(U+2296CIRCLED MINUS)。[8][9] 与 plimsoll 符号相比较时,水平条应该伸出圆的边界

参考文献[编辑]

  1. ^ (英文)國際純粹與應用化學聯合會."standard state".《化学术语总目录》在线版.
  2. ^ (英文)國際純粹與應用化學聯合會."standard pressure".《化学术语总目录》在线版.
  3. ^ Housecroft C.E. and Sharpe A.G., Inorganic Chemistry (2nd ed., Pearson Prentice-Hall 2005) p.392
  4. ^ Prigogine, I. & Defay, R. (1954) Chemical thermodynamics, p. xxiv
  5. ^ E.R. Cohen, T. Cvitas, J.G. Frey, B. Holmström, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, H.L. Strauss, M. Takami, and A.J. Thor, "Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry", IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008), p. 60
  6. ^ IUPAC (1993) Quantities, units and symbols in physical chemistry (also known as The Green Book) (2nd ed.), p. 51
  7. ^ Narayanan, K. V. (2001) A Textbook of Chemical Engineering Thermodynamics (8th printing, 2006), p. 63
  8. ^ Miscellaneous Mathematical Symbols-B (PDF). Unicode. 2013 [2013-12-19]. 
  9. ^ Mills, I. M. (1989) "The choice of names and symbols for quantities in chemistry".


参看[编辑]