Standaardomstandigheden


Standaardomstandigheden zijn in de chemische thermodynamica een stel omstandigheden die als eindig aftelpunt voor veranderingen in de thermodynamische grootheden gekozen zijn.

Gewoonlijk worden daarvoor genomen:

  1. de meest stabiele fase bij de onderhavige temperatuur
    Bij kamertemperatuur is dat bijvoorbeeld grafiet (en niet diamant) voor koolstof en vloeibaar water, niet stoom.
  2. voor iedere gasvormige component: een bepaalde druk die niet nul kan zijn
    Gewoonlijk is dit een druk van 1 atmosfeer (= 1,013 bar, of 101.325 pascal vaak aangeduid als standaarddruk of p0), maar ander keuzes zijn mogelijk, mits consequent volgehouden. Sinds 1990 wordt door de IUPAC 100000 pascal aangeraden als standaarddruk.
  3. voor iedere species in oplossing een bepaalde concentratie die niet nul kan zijn
    Gewoonlijk wordt hiervoor 1 mol per liter genomen, maar andere keuzes zijn soms praktischer en in sommige gevallen zelfs noodzakelijk

Inhoud

De noodzaak van een eindige druk


De noodzaak om niet het natuurlijke nulpunt van de druk- en concentratieschaal (P=0, c=0) als aftelpunt te nemen, wortelt diep in de wiskundige uitdrukkingen van de thermodynamica. Zo is bijvoorbeeld de verandering van de Gibbs vrije energie (vrije enthalpie) van een ideaal gas onder veranderende druk en constante temperatuur te schrijven als:

\({\displaystyle \Delta G=-RT\ln \left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)}\)

De grootheid P2P1 is dimensieloos (de logaritme is alleen voor getallen gedefinieerd, niet voor eenheden of functies). Echter, omdat de logaritme niet gedefinieerd is wanneer of P2 of P1 nul is, kan P1=0 niet als aftelpunt gebruikt worden, ook niet als daarvoor het natuurlijke nulpunt van de SI-eenheid (nul pascal) zou gebruikt worden. De van SI afwijkende thermodynamische afteltoestand is dus geenszins een slordig historisch overblijfsel, maar een wiskundige noodzakelijkheid. Meestal wordt P1=1 atm als standaard gekozen (zie Historie). Wiskundig kan iedere waarde gekozen worden, behalve nul. Eenzelfde argumentatie geldt ook voor concentraties, echter niet voor de temperatuur.

Standaardomstandigheden zijn noodzakelijk als referentie bij tabulatie van enthalpie, entropie, Gibbs vrije energie enz. Zij werden in het verleden meestal aangeduid met behulp van een plimsoll (o) superscript. Dit symbool is minder verwarrend dan het nulsymbool dat nu veel meer ingeburgerd is, omdat het laatste ten onrechte suggereert dat de standaard een nulwaarde zou hebben, terwijl het omgekeerde het geval is.

De temperatuur


Thermodynamische tabellen worden voor verschillende onderhavige temperaturen gegeven. Thermodynamisch is er namelijk noodzaak noch nut aan een gestandaardiseerde temperatuur. Integendeel, wanneer staal wordt bereid bij 1000 K dan is er behoefte aan thermodynamische gegevens bij die temperatuur. Vaak wordt er wel aangenomen dat wanneer de temperatuur niet gespecificeerd wordt, er sprake is van 25 °C (298,15 kelvin), de normomstandigheden. Welke omstandigheden instanties daar precies onder verstaan hangt vaak weer af van de instantie. Dit soort van standaardisatie namelijk is een kwestie van sociale (of politieke) conventies, niet van wiskundige noodzaak, zoals hierboven.

Voor de standaardcondities zoals die bijvoorbeeld worden gebruikt in een gashoeveelheidsmeting komt de standaarddruk steeds overeen met 101.325 Pa maar de standaardtemperatuur kan variëren tussen 15 °C en 25 °C, afhankelijk van het land en de specifieke industrie. In gashoeveelheidsmeting geldt voor normaalcondities dat deze altijd bij 0 °C en 101.325 Pa zijn.

Het molair volume van één mol gasvormige stof is onder dezelfde omstandigheden (druk, temperatuur) altijd hetzelfde en kan met de gaswet worden berekend. Onder standaardomstandigheden met een ideaal gas is dit 22,4136 liter (in feite 22,7 liter bij de standaarddruk van 100000 pascal). In dit geval zijn de standaardomstandigheden: 273,15 K (0 °C) en p = p0 (= 1 atmosfeer of 1 atm).

Standaardconcentraties


Ook met betrekking tot concentratie wordt in de thermodynamica bij voorkeur gewerkt met eenheden die door het kiezen van een bepaalde standaard afteltoestand dimensieloos gemaakt zijn. Bij het rapporteren van standaardenthalpie of -entropie is het belangrijk om duidelijk te maken welke omstandigheden als standaard gebruikt zijn. Bijvoorbeeld de standaard vrije enthalpie bij een chemisch evenwicht:

\({\displaystyle \Delta G^{\ominus }=-RT\ln {K}}\)

Meestal worden als standaardomstandigheden in zo'n geval een druk van 1 atmosfeer en een concentratie van 1 mol per liter gebruikt voor alle species, maar andere keuzes zijn mogelijk. ΔGo heeft een andere numerieke waarde afhankelijk van de vraag of de concentraties gebruikt in de evenwichtsconstante K zijn uitgedrukt in molariteiten, molaliteiten, molfracties. Iedere keuze, ook van gemengde eenheden, is in principe toegestaan, maar leidt tot een andere schaal.

Bij molariteit is de afteltoestand: 1 mol per liter
Bij molaliteit is de afteltoestand: 1 mol per kg
Bij molfractie is de afteltoestand x=1, dat wil zeggen de zuivere component.

Wanneer gewerkt wordt met verdunde oplossingen is de molariteit de meest gebruikte eenheid, maar bij niet-verdunde systemen, zoals een half-om-halfmengsel van water en alcohol, wordt het moeilijk met deze eenheid te werken. Het is dan bijvoorbeeld niet duidelijk wat het oplosmiddel is en wat de opgeloste stof. Wanneer fasediagrammen worden geconstrueerd is het daarom nuttig om met molfracties te werken en met de daarmee geassocieerde afteltoestand x=1.

Historie


De keuze van de getallen voor de standaardomstandigheden lijkt in eerste instantie strikt willekeurig te zijn, zeker als ze in SI-eenheden worden geschreven. De geschiedenis van de wetenschap maakt duidelijk dat, lang voordat van een volledig inzicht in een onderwerp sprake is, meetgegevens met elkaar vergeleken moeten kunnen worden. Welke eenheid of basis gekozen wordt is dan nog niet belangrijk. Een eenmaal gekozen basis verwerft burgerrechten, zeker als de eenheid langere tijd is gebruikt en meetgegevens gebaseerd op de eenheid op veel punten in de wetenschap worden toegepast. Een later, met meer inzicht, doorgevoerde standaard biedt dan twee mogelijkheden:

Zie ook











Categorieën: Fysische chemie




Staat van informatie: 22.12.2020 10:26:20 CET

oorsprong: Wikipedia (Auteurs [Geschiedenis])    Licentie: CC-BY-SA-3.0

Veranderingen: Alle afbeeldingen en de meeste ontwerpelementen die daarmee verband houden, zijn verwijderd. Sommige pictogrammen werden vervangen door FontAwesome-Icons. Sommige sjablonen zijn verwijderd (zoals 'artikel heeft uitbreiding nodig') of toegewezen (zoals 'hatnotes'). CSS-klassen zijn verwijderd of geharmoniseerd.
Specifieke Wikipedia-links die niet naar een artikel of categorie leiden (zoals 'Redlinks', 'links naar de bewerkpagina', 'links naar portals') zijn verwijderd. Elke externe link heeft een extra FontAwesome-Icon. Naast enkele kleine wijzigingen in het ontwerp, werden mediacontainer, kaarten, navigatiedozen, gesproken versies en Geo-microformats verwijderd.

Belangrijke opmerking Omdat de gegeven inhoud op het gegeven moment automatisch van Wikipedia wordt gehaald, was en is een handmatige verificatie niet mogelijk. Daarom garandeert LinkFang.org niet de juistheid en actualiteit van de verkregen inhoud. Als er informatie is die momenteel verkeerd is of een onjuiste weergave heeft, aarzel dan niet om Neem contact op: E-mail.
Zie ook: Afdruk & Privacy policy.