Keadaan piawai

Dalam kimia, keadaan piawai bahan (bahan tulen, campuran atau larutan) ialah titik rujukan yang digunakan untuk mengira sifatnya dalam keadaan yang berbeza. Bulatan superskrip ° (simbol darjah) atau aksara Plimsoll (⦵) digunakan untuk menetapkan kuantiti termodinamik dalam keadaan piawai, seperti perubahan dalam entalpi (ΔH°), perubahan dalam entropi (ΔS°), atau perubahan tenaga bebas Gibbs (ΔG°). Simbol darjah telah tersebar luas, walaupun Plimsoll disyorkan dalam piawaian, lihat perbincangan tentang susunan huruf di bawah.

Pada dasarnya, pilihan keadaan piawai adalah sewenang-wenangnya, walaupun Kesatuan Kimia Tulen dan Gunaan Antarabangsa (IUPAC) mengesyorkan set keadaan piawai konvensional untuk kegunaan umum. Keadaan piawai tidak boleh dikelirukan dengan suhu dan tekanan piawai (STP) untuk gas, mahupun dengan larutan piawai yang digunakan dalam kimia analitik. STP biasanya digunakan untuk pengiraan yang melibatkan gas yang menghampiri gas ideal, manakala keadaan keadaan piawai digunakan dalam pengiraan termodinamik.

Untuk bahan atau bahan tertentu, keadaan piawai ialah keadaan rujukan untuk sifat keadaan termodinamik bahan seperti entalpi, entropi, tenaga bebas Gibbs dan untuk banyak piawaian bahan lain. Perubahan entalpi pembentukan piawai unsur dalam keadaan piawainya ialah sifar, dan konvensyen ini membenarkan pelbagai kuantiti termodinamik lain untuk dikira dan dijadualkan. Keadaan standard bahan tidak perlu wujud dalam alam semula jadi: sebagai contoh, adalah mungkin untuk mengira nilai stim pada 298.15 K dan 105 Pa, walaupun wap tidak wujud (sebagai gas) di bawah keadaan ini. Kelebihan amalan ini ialah jadual sifat termodinamik yang disediakan dengan cara ini adalah konsisten sendiri.

Keadaan piawai konvensional 
Banyak keadaan piawai adalah keadaan bukan fizikal, sering dirujuk sebagai "keadaan hipotesis". Namun begitu, sifat termodinamiknya ditakrifkan dengan baik, biasanya melalui ekstrapolasi daripada beberapa keadaan terhad, seperti tekanan sifar atau kepekatan sifar, kepada keadaan tertentu (biasanya kepekatan unit atau tekanan) menggunakan fungsi ekstrapolasi yang ideal, seperti penyelesaian ideal atau ideal. tingkah laku gas, atau dengan ukuran empirikal. Tegasnya, suhu bukan sebahagian daripada definisi keadaan piawai. Walau bagaimanapun, kebanyakan jadual kuantiti termodinamik disusun pada suhu tertentu, selalunya  atau, agak kurang biasa, .

Gas 
Keadaan piawai untuk gas ialah keadaan hipotesis yang akan dimilikinya sebagai bahan tulen yang mematuhi persamaan gas unggul pada tekanan piawai. IUPAC mengesyorkan menggunakan tekanan piawai p⦵ atau P° bersamaan dengan 105 Pa, atau 1 bar. Tiada gas sebenar yang mempunyai kelakuan ideal yang sempurna, tetapi takrifan keadaan piawai ini membenarkan pembetulan untuk bukan idealiti dibuat secara konsisten untuk semua gas yang berbeza.

Cecair dan pepejal 
Keadaan piawai bagi cecair dan pepejal ialah keadaan bahan tulen yang tertakluk kepada jumlah tekanan 105 Pa (atau 1 bar). Bagi kebanyakan elemen, titik rujukan ΔHf⦵= 0 ditakrifkan untuk alotrop unsur yang paling stabil, seperti grafit dalam kes karbon, dan fasa β ( tin putih) dalam kes timah. Pengecualian ialah fosforus putih, alotrop fosforus yang paling biasa, yang ditakrifkan sebagai keadaan piawai walaupun pada hakikatnya ia hanya metastabil.

Larutan 
Untuk bahan dalam larutan (pelarut), keadaan piawai  biasanya dipilih sebagai keadaan hipotesis yang akan ada pada kemolalan keadaan piawai atau kepekatan jumlah tetapi mempamerkan tingkah laku pencairan tak terhingga (di mana tiada interaksi bahan larut-larutan, tetapi interaksi bahan terlarut-pelarut hadir). Sebab bagi takrifan luar biasa ini ialah tingkah laku zat terlarut pada had pencairan tak terhingga diterangkan oleh persamaan yang hampir sama dengan persamaan untuk gas ideal. Oleh itu, mengambil tingkah laku pencairan tak terhingga sebagai keadaan piawai membolehkan pembetulan untuk bukan ideal dibuat secara konsisten untuk semua bahan larut yang berbeza. Molaliti keadaan piawai ialah , manakala kemolaran keadaan piawai ialah .

Pilihan lain mungkin. Contohnya, penggunaan kepekatan keadaan piawai 10 −7 mol/L untuk ion hidrogen dalam larutan akueus sebenar adalah biasa dalam bidang biokimia. Dalam bidang aplikasi lain seperti elektrokimia, keadaan piawai kadangkala dipilih sebagai keadaan sebenar larutan sebenar pada kepekatan piawai (selalunya ). Pekali aktiviti tidak akan berpindah dari konvensyen ke konvensyen, dan oleh itu, sangat penting untuk mengetahui dan memahami konvensyen yang digunakan dalam pembinaan jadual sifat termodinamik piawai sebelum menggunakannya untuk menerangkan penyelesaian.

Bahan penjerap 
Bagi molekul yang terjerap pada permukaan, terdapat pelbagai konvensyen yang dicadangkan berdasarkan keadaan piawai hipotesis. Bagi penjerapan yang berlaku pada tapak tertentu (isoterma penjerapan Langmuir), keadaan piawai yang paling biasa ialah liputan relatif , kerana pilihan ini mengakibatkan pembatalan istilah entropi konfigurasi, dan juga konsisten dengan pengabaian untuk memasukkan keadaan piawai yang merupakan ralat biasa. Kelebihan menggunakan  ialah istilah konfigurasi membatalkan dan entropi yang diekstrak daripada analisis termodinamik dengan itu mencerminkan perubahan intramolekul antara fasa pukal (seperti gas atau cecair) dan keadaan terjerap. Mungkin terdapat manfaat untuk menjadualkan nilai berdasarkan kedua-dua keadaan standard berasaskan liputan relatif dan dalam lajur tambahan keadaan standard berasaskan liputan mutlak. Untuk keadaan gas 2D, komplikasi keadaan diskret tidak timbul, dan keadaan piawai asas ketumpatan mutlak telah dicadangkan, serupa bagi fasa gas 3D.

Penulisan 
Pada masa pembangunan pada abad ke-19, simbol Plimsoll superskrip (⦵) telah diterima pakai untuk menunjukkan sifat bukan sifar bagi keadaan piawai. IUPAC mengesyorkan dalam edisi ketiga Kuantiti, Unit dan Simbol dalam Kimia Fizikal, satu simbol yang kelihatan seperti tanda darjah (°) sebagai pengganti tanda plimsoll. Dalam penerbitan yang sama, tanda {limsoll nampaknya dibina dengan menggabungkan garisan mendatar dengan tanda darjah. Pelbagai simbol yang serupa digunakan dalam kesusasteraan: huruf kecil O (o), sifar superskrip (0) atau bulatan dengan bar mendatar sama ada di mana bar melepasi sempadan bulatan () atau di dalam sempadan, sekali gus membahagikan bulatan menjadi separuh ().

Ian M. Mills, yang terlibat dalam menghasilkan semakan Kuantiti, Unit dan Simbol dalam Kimia Fizikal mencadangkan superskrip sifar () ialah alternatif yang sama untuk menunjukkan "keadaan piawai", walaupun simbol darjah (°) digunakan dalam artikel yang sama. Simbol darjah telah digunakan secara meluas dalam buku teks kimia am, bukan organik dan fizikal dalam beberapa tahun kebelakangan ini.

Lihat juga 

 Suhu dan tekanan piawai
 Entropi molar piawai

Rujukan

Bibliografi 
 
 

Termodinamik