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.

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.