Кіріспе
Материалдың қасиеттерін әр түрлі жағдайларда есептеу үшін қолданылатын эталондық нүкте (°) Химияда материалдың стандартты күйі (таза зат, қоспа немесе ерітінді) – әр түрлі жағдайларда оның қасиеттерін есептеу үшін қолданылатын эталондық нүкте. Дәреже белгісі (°) немесе Plimsoll символы (⦵) стандартты күйдегі термодинамикалық шаманы белгілеу үшін қолданылады, мысалы, энтальпияның өзгеруі (ΔH°), энтропияның өзгеруі (ΔS°) немесе Гиббс еркін энергиясының өзгеруі (ΔG°). Дәреже символы кеңінен таралған, бірақ Plimsoll стандарттарда ұсынылады, төмендегі мәтін жинау туралы талқылауды қараңыз. Принцип бойынша стандартты күйді таңдау кездейсоқ, бірақ Халықаралық таза және қолданбалы химия одағы (IUPAC) жалпы қолдану үшін стандартты күйлердің дәстүрлі жиынтығын ұсынады. Стандартты күйді газдардың стандартты температурасы мен қысымымен (СТП) немесе аналитикалық химияда қолданылатын стандартты ерітінділермен шатастыруға болмайды. СТП көбінесе идеалды газға жуық газдарды қамтитын есептеулер үшін қолданылады, ал стандартты жағдайлар термодинамикалық есептеулер үшін қолданылады. Белгілі бір материал немесе зат үшін стандартты күй – энтальпия, энтропия, Гиббс еркін энергиясы және көптеген басқа материал стандарттары сияқты материалдың термодинамикалық күй қасиеттері үшін эталондық күй. Стандартты күйіндегі элементтің стандартты энтальпиялық түзілу өзгеруі нөлге тең, және бұл конвенция басқа термодинамикалық шамалардың кең ауқымын есептеуге және кестелеуге мүмкіндік береді. Заттың стандартты күйі табиғатта міндетті түрде болуы керек емес: мысалы, 298,15 К және e=5 мәндеріндегі будың шамаларын есептеуге болады, бірақ бұл жағдайларда бу (газ ретінде) жоқ. Бұл тәсілдің артықшылығы – осылай дайындалған термодинамикалық қасиеттердің кестелері өзіне сәйкес болады.
In chemistry, the standard state of a material (pure substance, mixture or solution) is a reference point used to calculate its properties under different conditions. A degree sign (°) or a superscript Plimsoll symbol (⦵) is used to designate a thermodynamic quantity in the standard state, such as change in enthalpy (ΔH°), change in entropy (ΔS°), or change in Gibbs free energy (ΔG°). The degree symbol has become widespread, although the Plimsoll is recommended in standards, see discussion about typesetting below. In principle, the choice of standard state is arbitrary, although the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) recommends a conventional set of standard states for general use. The standard state should not be confused with standard temperature and pressure (STP) for gases, nor with the standard solutions used in analytical chemistry. STP is commonly used for calculations involving gases that approximate an ideal gas, whereas standard state conditions are used for thermodynamic calculations. For a given material or substance, the standard state is the reference state for the material's thermodynamic state properties such as enthalpy, entropy, Gibbs free energy, and for many other material standards. The standard enthalpy change of formation for an element in its standard state is zero, and this convention allows a wide range of other thermodynamic quantities to be calculated and tabulated. The standard state of a substance does not have to exist in nature: for example, it is possible to calculate values for steam at 298.15 K and e=5, although steam does not exist (as a gas) under these conditions. The advantage of this practice is that tables of thermodynamic properties prepared in this way are self consistent.
Кәдімгі стандартты күйлер
Көптеген стандартты күйлер физикалық емес күйлер болып табылады, олар көбінесе "гипотетикалық күйлер" деп аталады. Дегенмен, олардың термодинамикалық қасиеттері жақсы анықталған, әдетте нөлдік қысым немесе нөлдік концентрация сияқты шектеулі жағдайлардан белгілі бір жағдайға (әдетте бірлік концентрация немесе қысым) дейін идеалды экстраполяция функциясын қолдану арқылы, мысалы, идеалды ерітінді немесе идеалды газдың қасиеттерін пайдаланып, немесе эмпирикалық өлшеулер арқылы экстраполяцияланады. Қатаң айтқанда, температура стандартты күйдің анықтамасының бір бөлігі емес. Алайда, термодинамикалық шамалардың көпшілігі белгілі бір температурада жинақталады, көбінесе 298.15 K немесе, аздап сирек, 273.15 K. Нақты газдың мүлдем идеалды қасиеттері болмаса да, стандартты күйдің осы анықтамасы барлық түрлі газдар үшін идеалдық еместік түзетулерін жүйелі түрде енгізуге мүмкіндік береді.
Сұйықтықтар мен қатты заттар
Сұйықтар мен қатты заттардың стандарттық күйі – таза заттың жалпы қысымы e=5 (немесе 1 бар) болатын күйі. Көптеген элементтер үшін ΔfH⦵ = 0 эталондық нүктесі, элементтің ең тұрақты аллотропы үшін анықталады, мысалы, көміртек үшін графит, ал қалайы үшін β фазасы (ақ қалайы). Алайда, фосфордың ең көп таралған аллотробы – ақ фосфор, ол тек метастабильді болғанымен стандарттық күй ретінде қарастырылады. Бұның себебі, термодинамикалық тұрақты қара аллотропты таза күйде дайындау қиын.
Ерітінділер
Ерітіндідегі (ерітінді) зат үшін стандартты күй әдетте стандартты моляли қалыптастыру немесе мөлшерлік концентрацияда болатын, бірақ шексіз сұйылу сипаттамасын көрсететін (ерітілген молекулалардың өзара әрекеттесуі жоқ, бірақ ерітілген зат пен еріткіштің өзара әрекеттесуі бар) гипотетикалық күй ретінде таңдалады. Электрохимия сияқты басқа қолдану салаларында стандартты күй кейде стандартты концентрациядағы нақты ерітіндінің нақты күйі ретінде таңдалады (көбінесе 1). Белсенділік коэффициенттері бір конвенциядан екіншісіне көшпейді, сондықтан ерітінділерді сипаттау үшін оларды қолданбастан бұрын стандартты термодинамикалық қасиеттер кестелерін құру кезінде қолданылған конвенцияларды білу және түсіну өте маңызды.
Адсорбаттар
Жер бетінде адсорбцияланған молекулалар үшін гипотетикалық стандартты күйлерге негізделген әртүрлі конвенциялар ұсынылған. Белгілі бір орындарда болатын адсорбция үшін (Лангмуир адсорбциясы изотермі) ең көп таралған стандартты күй – салыстырмалы жабылу , себебі бұл таңдау конфигурациялық энтропия мүшесінің жойылуына әкеледі және стандартты күйді қосуды елемеумен сәйкес келеді (бұл жиі кездесетін қателік). Пайдаланудың артықшылығы – конфигурациялық мүше жойылуы және термодинамикалық талдаудан алынған энтропияның нәтижесінде көлемдік фазаның (газ немесе сұйық сияқты) және адсорбцияланған күйдің арасындағы молекулалық өзгерістерді көрсете алуы. Қалыптастыру үшін мәндерді салыстырмалы жабылуға негізделген стандартты күй бойынша және қосымша бағанда абсолютті жабылуға негізделген стандартты күй бойынша кестелеу пайдалы болуы мүмкін. 2D газ күйлері үшін дискретті күйлердің қиындығы туындамайды және 3D газ фазасына ұқсас абсолюттік тығыздық негізінде стандартты күй ұсынылған. IUPAC физикалық химиядағы шамалар, бірліктер және символдардың 3-ші басылымында plimsoll белгісінің орнына градус белгісі (°) сияқты символды ұсынады. Сол басылымда plimsoll белгісі көлденең сызықты градус белгісімен біріктіру арқылы құрастырылған сияқты көрінеді. Әдебиетте ұқсас символдар қолданылады: кіші әріпті O әрпінің үстінен сызық тартылған (o), үстін нөл (0) немесе шеңбердің ішін көлденең сызықпен бөлетін шеңбер (сызық шеңбердің шекарасынан тысқары шығып тұрады немесе шеңбермен қоршалған). 1800 жылдардағы мәтіндерде қолданылған plimsoll символымен салыстырғанда U+29B5 глифы тым үлкен және оның көлденең сызығы шеңбердің шекарасынан жеткілікті түрде шығып тұрмайды. Оны грек әрпі тетасымен (үлкен Θ немесе кіші θ) шатастыру оңай. 2024 жылдан бастап Unicode үшін жаңа таңба ұсынылған. Бұл стандартты күйді көрсету үшін, осы мақсат үшін U+29B5 орнына үстін жазылатын формада қолданылатын қалыпты өлшемдегі Unicode символы. Физикалық химиядағы шамалар, бірліктер және символдарды қайта қарауға қатысқан Иан М. Миллс, үстін нөл (0) "стандартты күйді" көрсету үшін тең балама болып табылады деп ұсынды, дегенмен сол мақалада градус белгісі (°) да қолданылады. Дауыстап оқығанда, символ "нолт" деп айтылады.