Области знаний
Партнёрские проектыМатериалы БРЭСпецпроектыСтать автором
Настроить видСменить языкИнформация
О РУВИКИ
Найти статью

Стандартные состояния

Pause

Станда́ртные состоя́ния — в химической термодинамике условно принятые состояния индивидуальных веществ и компонентов растворов при оценке термодинамических величин.

Необходимость введения «стандартных состояний» связана с тем, что термодинамические закономерности не описывают достаточно точно поведение реальных веществ, когда количественной характеристикой служит давление или концентрация. Стандартные состояния выбирают из соображений удобства расчётов, и они могут меняться при переходе от одной задачи к другой.

В стандартных состояниях значения термодинамических величин называют «стандартными» и обозначают нулём в верхнем индексе[a], например: G0, H0, 0 — это соответственно стандартные энергия Гиббса, энтальпия, химический потенциал вещества. Вместо давления в термодинамических уравнениях для идеальных газов и растворов используют фугитивность (летучесть), а вместо концентрации — активность.

Стандартные состояния ИЮПАК

Комиссия по термодинамике международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) определила, что стандартное состояние — это состояние системы, условно выбранное в качестве стандарта для сравнения. Комиссия предложила следующие стандартные состояния веществ:

  • для газовой фазы — это (предполагаемое) состояние химически чистого вещества в газовой фазе под стандартным давлением 100 кПа (до 1982 года — 1 стандартная атмосфера, 101 325 Па, 760 мм ртутного столба), подразумевая наличие свойств идеального газа;
  • для беспримесной фазы, смеси или растворителя в жидком или твёрдом агрегатном состоянии — это состояние химически чистого вещества в жидкой или твёрдой фазе под стандартным давлением;
  • для раствора — это (предполагаемое) состояние растворённого вещества со стандартной моляльностью 1 моль/кг, под стандартным давлением или стандартной концентрации, исходя из условий, что раствор неограниченно разбавлен;
  • для химически чистого вещества — это вещество в чётко определённом агрегатном состоянии под чётко определённым, но произвольным, стандартным давлением.

В определение стандартного состояния ИЮПАК не входит стандартная температура, хотя часто говорят о стандартной справочной температуре, которая обычно принимается равной 25 °C (298,15 К), однако ИЮПАК не закрепляет это значение как обязательное для стандартного состояния.

Стандартные условия для газов (STP)

Следует различать стандартное состояние (термодинамическое понятие) и стандартные условия для газов (англ. standard temperature and pressure, STP). Согласно ИЮПАК[1], стандартные условия для газов определяются как температура 273,15 К и давление 100 кПа. Этот набор используется преимущественно в физических измерениях объёмов газов и не имеет прямого отношения к термодинамическим расчётам стандартных энергий Гиббса, где температура может быть любой.

Обозначения стандартных величин

В научной литературе используются два равноценных обозначения стандартного состояния:

  •  — исторически сложившийся вариант;
  •  — рекомендуемый IUPAC в последних изданиях (например, в GreenBook[2] и GoldBook[3]).

Биохимическое стандартное состояние

В биохимии часто вводится дополнительное стандартное условие — pH = 7 (концентрация ионов водорода 10—7моль/л). Это связано с тем, что многие биохимические реакции протекают в нейтральной среде, и стандартные изменения энергии Гиббса при pH = 7 (обозначаются ΔG′) отличаются от величин при pH = 0. Данное условие не входит в основное определение ИЮПАК, но является широко признанным частным случаем для термодинамики живых систем.

Дискуссии об определении стандартного состояния

На 2026 год предложения об уточнениях стандартного сотояния находятся на стадии научной дискуссии и не приняты ИЮПАК, однако их стоит иметь в виду при работе с высокоточными термодинамическими расчётами.

В работах 2025 года отмечается, что текущее определение не учитывает температурную зависимость агрегатного состояния и не даёт чётких указаний по обращению с фазовыми переходами в окрестности стандартной температуры. Предлагается ввести понятие «стандартного температурного интервала для агрегатного состояния» и уточнить определение стандартной энергии Гиббса образования с учётом стабильности фаз[4].

Также дискуссия ведётся о некритическом принятии термодинамических соглашений (включая выбор стандартных состояний) в образовании и практике. Авторы показывают, как непонимание этих, казалось бы, очевидных вещей может привести к проблемам в метрологии, например, при определении pH и энергий Гиббса реакций[5].

Примечания

Комментарии

  1. ↑ В XIX веке в качестве верхнего индекса стандартных термодинамических величин использовался диск Плимсоля o, чтобы показать ненулевую природу стандартных величин. Но по типографским причинам этот знак часто заменяли знаком нуля в верхнем индексе 0.

Источники

  1. ↑ https://goldbook.iupac.org/terms/view/S06025/plain
  2. ↑ Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry / Christopher M A Brett, Jeremy G Frey, Robert Hinde, Yutaka Kuroda, Roberto Marquardt, Franco Pavese, Martin Quack, Juergen Stohner, Anders J Thor. — Royal Society of Chemistry, 2023-11-29. — ISBN 978-1-83916-150-6, 978-1-83916-150-6, 978-1-83916-318-0.
  3. ↑ Project Details - IUPAC | International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC | International Union of Pure and Applied Chemistry. Дата обращения: 20 августа 2026.
  4. ↑ Oskembekov, Ilyas and Katkeeva, Gulnara and Gizatullina, Dilara and Akubaeva, Makizhan and Shayke, Zhamilya and Tursynova, Aktolkyn and Zhunussov, Anuarbek, Addition to Standard State Concept and Clarification of Gibbs Energy Definition. Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=5204634 or http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.5204634
  5. ↑ Filella, M., May, E.F. & May, P.M. Thermodynamic Conventions. Int J Thermophys 46, 61 (2025). https://doi.org/10.1007/s10765-025-03533-5

Литература

Категории

Pause