标准状态
标准状态（英語：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、混合物或溶液。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。
在化学中，常定義假想的理想溶液濃度為1 M(mol/L)時為標準狀態。在生物化学則常額外使用pH为7,即10-7 mol/l H+离子浓度為標準狀態[2][3]。
IUPAC 推荐指定标准压力 po =105 Pa。[4]
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巴）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）或較少见的：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（焓、熵、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。[5]
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或体积摩尔浓度，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 符号来表示非零性质的标准的状态。[6] 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。[7] 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)、[8] 上标零(0)[9] 、一个圆形带有一条水平横线，横线可以伸出圆形的边界(U+29B5“⦵”CIRCLE WITH HORIZONTAL BAR)或者终止在圆上(U+2296“⊖”CIRCLED MINUS)。[10][11] 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]- 'International Union of Pure and Applied Chemistry'. Notation for states and processes, significance of the word standard in chemical thermodynamics, and remarks on commonly tabulated forms of thermodynamic functions (PDF). Pure Appl. Chem.. 1982, 54 (6): 1239–50 [2018-02-28]. doi:10.1351/pac198254061239. （原始内容存档 (PDF)于2021-01-17）.
- IUPAC–IUB–IUPAB Interunion Commission of Biothermodynamics. Recommendations for measurement and presentation of biochemical equilibrium data (PDF). J. Biol. Chem.. 1976, 251 (22): 6879–85 [2018-02-28]. （原始内容 (PDF)存档于2008-12-17）.
- ^ 國際純化學和應用化學聯合會，化學術語概略，第二版。（金皮書）(1997)。在線校正版: (2006–) "standard state"。doi:10.1351/goldbook.S05925
- ^ Chang, Raymond; Thoman, Jr., John W. Physical Chemistry for the Chemical Sciences. New York: University Science Books. 2014: 346–347.
- ^ Sherwood, Dennis; Dalby, Paul. Modern Thermodynamics for Chemists and Biochemists. Oxford Scholarship Online. 2018 [18 May 2021]. ISBN 978-0-19-878295-7. doi:10.1093/oso/9780198782957.003.0023. （原始内容存档于2022-03-19）.
- ^ 國際純化學和應用化學聯合會，化學術語概略，第二版。（金皮書）(1997)。在線校正版: (2006–) "standard pressure"。doi:10.1351/goldbook.S05921
- ^ Housecroft C.E. and Sharpe A.G., Inorganic Chemistry (2nd ed., Pearson Prentice-Hall 2005) p.392
- ^ Prigogine, I. & Defay, R. (1954) Chemical thermodynamics, p. xxiv
- ^ 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
- ^ IUPAC (1993) Quantities, units and symbols in physical chemistry (also known as The Green Book) (2nd ed.), p. 51
- ^ Narayanan, K. V. (2001) A Textbook of Chemical Engineering Thermodynamics (8th printing, 2006), p. 63
- ^ Miscellaneous Mathematical Symbols-B (PDF). Unicode. 2013 [2013-12-19]. （原始内容存档 (PDF)于2017-12-27）.
- ^ Mills, I. M. (1989) "The choice of names and symbols for quantities in chemistry".