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Standaardomstandigheden

Normale Bedingungen sind in der chemische Thermodynamik eine Reihe von Bedingungen, die als endlicher Countdown für Änderungen der thermodynamischen Größen gewählt werden.

Normalerweise werden dafür genommen:

  1. die stabilste Phase bei der aktuellen Temperatur
    Bei Raumtemperatur zum Beispiel Graphit (und nicht Diamant) für Kohlenstoff und flüssiges Wasser, nicht Dampf.
  2. für jede gasförmige Komponente: ein bestimmter Druck, der nicht Null sein kann
    Normalerweise ist dies ein Druck von 1 Atmosphäre (= 1,013 bar oder 101.325 .). pascal oft bezeichnet als Standarddruck oder p0), aber auch andere Auswahlmöglichkeiten sind möglich, sofern diese konsequent beibehalten werden. Seit 1990 empfiehlt die IUPAC 100000 Pascal als Standarddruck.
  3. für jede Spezies in Lösung eine bestimmte Konzentration, die nicht Null sein kann
    Normalerweise wird dafür 1 Mol pro Liter genommen, aber andere Möglichkeiten sind manchmal praktischer und in manchen Fällen sogar notwendig

Die Notwendigkeit eines endlichen Drucks

Die Notwendigkeit, den natürlichen Nullpunkt der Druck- und Konzentrationsskala zu vermeiden (p=0, c=0) als Countdown ist tief in den mathematischen Ausdrücken der Thermodynamik verwurzelt. Die Änderung der freien Gibbs-Energie (Freie Enthalpie) eines idealen Gases bei sich änderndem Druck und konstanter Temperatur kann beispielsweise wie folgt geschrieben werden:

Die Größe p2/p1 ist dimensionslos (der Logarithmus ist nur für Zahlen definiert, nicht für Einheiten oder Funktionen). Da der Logarithmus jedoch nicht definiert ist, wenn oder p2 oder p1 ist null, kann p1=0 kann nicht als Countdown-Punkt verwendet werden, auch wenn dafür der natürliche Nullpunkt der SI-Einheit (Null Pascal) verwendet würde. Der vom SI abweichende thermodynamische Countdown ist also keineswegs ein schlampiges historisches Relikt, sondern eine mathematische Notwendigkeit. In der Regel p1=1 Geldautomat als Standard gewählt (siehe Geschichte). Mathematisch kann jeder Wert außer Null gewählt werden. Das gleiche Argument gilt auch für Konzentrationen, nicht jedoch für die Temperatur.

Standardbedingungen sind als Referenz bei der tabellarischen Aufstellung von Enthalpie, Entropie, Gibbs freie Energie usw. Sie wurden in der Vergangenheit normalerweise mit a . bezeichnet Leinenschuhe (Ö) hochgestellt. Dieses Symbol ist weniger verwirrend als das Nullsymbol, das jetzt viel etablierter ist, da letzteres fälschlicherweise suggeriert, dass der Standardwert einen Nullwert hätte, während das Gegenteil der Fall ist.

Die Temperatur

Thermodynamische Tabellen werden für verschiedene Momentantemperaturen bereitgestellt. Thermodynamisch besteht weder Bedarf noch Nutzen für eine standardisierte Temperatur. Im Gegensatz dazu, wenn Stahl bei 1000 K hergestellt wird, sind thermodynamische Daten bei dieser Temperatur erforderlich. Es wird oft angenommen, dass die Temperatur ohne Angabe der Temperatur 25 °C (298,15 .) beträgt Kelvin), die Standardbedingungen. Welche Umstände die Behörden damit genau meinen, hängt oft von der Institution ab. Diese Art der Standardisierung ist nämlich eine Frage gesellschaftlicher (oder politischer) Konventionen, nicht wie oben mathematisch notwendig.

Für die Standardbedingungen, die beispielsweise bei einer Gasdurchflussmessung verwendet werden, entspricht der Standarddruck immer 101.325 Pa, die Standardtemperatur kann jedoch je nach Land und Branche zwischen 15 °C und 25 °C schwanken. Bei der Gasmengenmessung liegen die Normalbedingungen immer bei 0 °C und 101.325 Pa.

Es molares Volumen von a Maulwurf gasförmiger Stoff ist unter den gleichen Bedingungen (Druck, Temperatur) immer gleich und lässt sich nach dem Gasgesetz berechnen. Unter Standardbedingungen mit a ideales Gas das sind 22,4136 Liter (eigentlich 22,7 Liter bei dem Standarddruck von 100000 Pascal). Die Standardbedingungen sind in diesem Fall: 273,15 K (0 °C) und p = p0 (= 1 Atmosphäre oder 1 atm).

Standardkonzentrationen

Auch hinsichtlich der Konzentration arbeitet die Thermodynamik vorzugsweise mit Einheiten, die durch die Wahl eines bestimmten Standard-Countdown-Zustandes dimensionslos gemacht wurden. Bei der Angabe von Standardenthalpie oder -entropie ist es wichtig zu klären, welche Bedingungen als Standard verwendet wurden. Zum Beispiel die freie Standardenthalpie im chemischen Gleichgewicht:

Normalerweise werden in einem solchen Fall als Standardbedingungen ein Druck von 1 Atmosphäre und eine Konzentration von 1 Mol pro Liter für alle Spezies verwendet, aber es sind auch andere Wahlen möglich. GÖ hat einen anderen Zahlenwert, je nachdem, ob die verwendeten Konzentrationen in der Gleichgewichtskonstante k werden in Molaritäten, Molalitäten, Molenbrüchen ausgedrückt. Jede Wahl, auch gemischte Einheiten, ist grundsätzlich erlaubt, führt aber zu einem anderen Maßstab.

Bei der Molarität lautet der Countdown: 1 Mol pro Liter
Bei Molalität beträgt der Countdown-Zustand: 1 mol pro kg
Beim Molenbruch ist der Countdown-Zustand X=1, also die reine Komponente.

Beim Arbeiten mit verdünnten Lösungen ist die Molarität die gebräuchlichste Einheit, bei unverdünnten Systemen, wie zum Beispiel einer halben Mischung aus Wasser und Alkohol, wird es jedoch schwierig, mit dieser Einheit zu arbeiten. Es ist dann beispielsweise nicht klar, was das Lösungsmittel ist und was der gelöste Stoff ist. Bei der Erstellung von Phasendiagrammen ist es daher sinnvoll, mit Molenbrüchen und dem dazugehörigen Countdown-Zustand x=1 zu arbeiten.

Geschichte

Die Wahl der Zahlen für die Standardbedingungen erscheint zunächst streng willkürlich, insbesondere wenn sie in SI-Einheiten geschrieben sein. Die Wissenschaftsgeschichte macht deutlich, dass Messdaten schon lange vor einem vollständigen Verständnis eines Themas vergleichbar sein müssen. Welche Einheit oder Basis gewählt wird, ist noch nicht wichtig. Eine einmal gewählte Basis erwirbt bürgerliche Rechte, insbesondere wenn die Einheit über einen langen Zeitraum verwendet wurde und auf der Einheit basierende Messdaten an vielen Stellen in der Wissenschaft angewendet werden. Ein später, mit mehr Einsicht, implementierter Standard bietet zwei Möglichkeiten:

  • Schreiben Sie alle vorherigen Messungen und Konstanten (Tabellenbücher, Enzyklopädien) in die neuen Einheiten um.
  • Definieren Sie eine Einheit, die im Feld verwendet werden kann, damit nicht alle verwendeten Zahlen geändert werden müssen.
    Beispiele sind die Verwendung der hapa in dem Meteorologie und die Verwendung von Standarddruck (= 1 atm) im Thermodynamik.

Siehe auch