Σημειώσεις για το Standard State

Εισαγωγή

Η τυπική κατάσταση ενός υλικού χρησιμεύει ως σημείο αναφοράς για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων της θερμοδυναμικής του κατάστασης, όπως η ενθαλπία, η εντροπία, η ελεύθερη ενέργεια Gibbs. Η τυπική κατάσταση χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων ενός υλικού υπό διάφορες συνθήκες και συμβολίζεται ως Hf⊖. Η υποθετική κατάσταση στο 1 bar είναι η τυπική κατάσταση για ένα αέριο. η καθαρή ουσία στο 1 bar είναι η τυπική κατάσταση για υγρά και στερεά. το πιο σταθερό αλλότροπο είναι η τυπική κατάσταση για τα στοιχεία. και η συγκέντρωση σε 1 M και 1 bar είναι η τυπική κατάσταση για μια ουσία σε διάλυμα (διαλυμένη ουσία).

Σώμα

Αέρια

Η υποθετική κατάσταση ενός αερίου ως καθαρής ουσίας, που υπακούει στην εξίσωση του ιδανικού αερίου σε τυπική πίεση, αναφέρεται ως τυπική του κατάσταση (105 Pa, ή 1 bar). Δεν υπάρχει πραγματικό αέριο που να δείχνει απόλυτα ιδανική συμπεριφορά. Ωστόσο, αυτός ο ορισμός της τυπικής κατάστασης επιτρέπει συνεπείς διορθώσεις για μη ιδανικότητα σε όλα τα αέρια.

Υγρά και στερεά

Η τυπική κατάσταση για υγρά και στερεά είναι απλώς η καθαρή κατάσταση υπό συνολική πίεση 105 Pa (ή 1 bar). Το σημείο αναφοράς Hf =⊖ ορίζεται για τα περισσότερα στοιχεία για τα πιο σταθερά αλλότροπά τους, όπως ο γραφίτης στην περίπτωση του άνθρακα, και η φάση - (λευκός κασσίτερος) στην περίπτωση του κασσίτερου. Ο λευκός φώσφορος, το πιο κοινό αλλοτρόπο του φωσφόρου, αποτελεί εξαίρεση επειδή ορίζεται ως η τυπική κατάσταση παρόλο που είναι μόνο μετασταθερός.

Διαλύσεις

Για τη σύγκριση των ελεύθερων ενεργειών των χημικών διεργασιών, είναι βολικό να ομαλοποιούνται οι αλλαγές ελεύθερης ενέργειας. Βοηθά στην εξάλειψη των διαφορών στους όγκους αντίδρασης. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας το  Go, ή την αλλαγή γραμμομοριακής ελεύθερης ενέργειας και μια τυπική κατάσταση για τα αντιδρώντα σε διάλυμα.

Υπό κανονική θερμοκρασία και πίεση (NTP) 25oC και πίεση 1 atm,

• οι διαλυμένες ουσίες βρίσκονται στην τυπική τους κατάσταση όταν έχουν δραστηριότητα 1 M;
• τα αέρια βρίσκονται στην τυπική τους κατάσταση όταν βρίσκονται σε πίεση 1 atm.

Προροφητικά

Τα μόρια προσρόφησης αποτελούνται κυρίως από γραμμικούς υδρογονάνθρακες παραφίνης - το υπόλοιπο από κορεσμένα λιπαρά οξέα ή/και άλλες δραστικές ουσίες στο βασικό υγρό. Η διάχυση προσροφημένων είναι η διαδικασία με την οποία τα προσροφημένα άλατα που συνδέονται σε μια στερεά επιφάνεια μπορούν να αλλάξουν τις θέσεις προσρόφησής τους με θερμικές διακυμάνσεις.

Τα στοιχεία στις τυπικές τους καταστάσεις υποτίθεται ότι έχουν χημικά δυναμικά και ενθαλπίες 0, ή μoelement =0. Η τυπική κατάσταση ενός στοιχείου είναι η φυσική του κατάσταση σε πίεση 1 atm και 25oC.

Για να ορίσετε την ελεύθερη ενέργεια των στοιχείων με αυτόν τον τρόπο, υποθέστε ότι οι ενώσεις έχουν ένα χημικό δυναμικό (μερική ελεύθερη ενέργεια) ή μια ενθαλπία σχηματισμού. Η ενθαλπία σχηματισμού είναι το άθροισμα όλων των αλλαγών στο χημικό δυναμικό (ή ενθαλπία) μιας αντίδρασης, που οδηγεί στον σχηματισμό προϊόντος από μια βολική διαδρομή.

Η ελεύθερη ενέργεια και η ενθαλπία είναι μεταβλητές κατάστασης, επομένως η τιμή είναι μια μοναδική συνάρτηση της κατάστασης. Δείχνει ότι αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον καθορισμό του σχετικού ενεργειακού περιεχομένου οποιουδήποτε χημικού συστήματος με αναφορά στην εργασία που απαιτείται για να φτάσετε εκεί, ξεκινώντας από τα στοιχεία.

Τυπικές συνθήκες κατάστασης για ενώσεις

• Ένα αέριο λέγεται ότι βρίσκεται υπό συνθήκες τυπικής κατάστασης εάν βρίσκεται σε πίεση 1 atm.

• Μια διαλυμένη ουσία λέγεται ότι βρίσκεται υπό συνθήκες τυπικής κατάστασης εάν η συγκέντρωσή της είναι 1 M.

• Τα καθαρά στερεά και τα υγρά βρίσκονται στην τυπική τους κατάσταση.

Τυπικές συνθήκες κατάστασης για στοιχεία

• Ένα στοιχείο λέγεται ότι βρίσκεται υπό συνθήκες τυπικής κατάστασης, εάν υπάρχει σε πίεση 1 atm και θερμοκρασία 25 °C. (Παρεμπιπτόντως, οι τυπικές συνθήκες κατάστασης διαφέρουν από το STP.)

Ενθαλπία σχηματισμού

Η ενθαλπία σχηματισμού είναι η τυπική ενθαλπία αντίδρασης για το σχηματισμό της ένωσης από τα στοιχεία της (άτομα ή μόρια) στις πιο σταθερές καταστάσεις αναφοράς τους σε θερμοκρασία 298,15 Κ και πίεση 1 bar. Οι τυπικές συνθήκες για τις οποίες καταγράφονται τα περισσότερα θερμοχημικά δεδομένα είναι μια πίεση 1 ατμόσφαιρας (atm) για όλα τα αέρια και συγκέντρωση 1 M για όλα τα είδη στο διάλυμα (1 mol/L).

Οι τυπικές συνθήκες χρησιμεύουν ως σημείο αναφοράς για τη μέτρηση των διαφορών στην ενθαλπία. Η τυπική ενθαλπία σχηματισμού είναι η μεταβολή της ενθαλπίας για το σχηματισμό 1 mol μιας ένωσης από τα συστατικά της στοιχεία σε πρότυπες καταστάσεις. Η τυπική ενθαλπία σχηματισμού οποιουδήποτε στοιχείου στην πιο σταθερή του μορφή είναι εξ ορισμού μηδέν.

Συμπέρασμα

Η τυπική κατάσταση είναι η κατάσταση αναφοράς για τις παραμέτρους θερμοδυναμικής κατάστασης των ουσιών. Η αλλαγή στον τυπικό σχηματισμό ενθαλπίας για ένα υλικό στην τυπική του κατάσταση είναι μηδέν. Αυτή η σύμβαση επιτρέπει τον υπολογισμό και την καταγραφή ενός ευρέος φάσματος θερμοδυναμικών παραμέτρων.