Warunki normalne i standardowe – JR

Warunki normalne i standardowe

Warunki normalne i warunki standardowe to pewne umowne wartości temperatury i ciśnienia (a czasem i stężenia), które mają za zadanie ułatwić porozumiewanie się chemikom i fizykom, oraz pozwalają gromadzić wiedzę chemiczną w sensowny, łatwy do porównywania sposób.

Dlaczego?

Dlatego, że różne substancje mogą się różnie zachowywać w zależności od tego, jakie panuje w otoczeniu ciśnienie i temperatura.

Można sobie wyobrazić jak wyglądałyby tabele pokazujące właściwości substancji dla wszystkich możliwych kombinacji temperatury, ciśnienia, stężenia i tak dalej… Bardziej eleganckim rozwiązaniem jest określenie jednych, stałych warunków (tzw. warunki standardowe) i wykonywanie pomiarów w tych warunkach. A co jeśi potrzebujesz wartości dla powiedzmy 16°C i ciśnienia 250kPa?  Wystarczy trochę matematyki, i da się przeliczyć wiele parametrów z warunków standardowych na każde inne.

Przykład: wiesz dobrze i jest to dla Ciebie oczywiste, że woda wrze w temperaturze 100 stopni Celsjusza. Jednak to stwierdzenie jest prawdziwe tylko w sytuacji, gdy w wodzie nie są rozpuszczone żadne substancje a ciśnienie powietrza wynosi 1013,25 hPa, czyli równowartość 1 atmosfery  (1 atm). Jeśli zwiększysz ciśienie np. do 1200 hPa, wówczas temperatura wrzenia wody także się zwiększy (w wysokich górach, gdzie panuje niższe ciśnienie woda wrze szybciej i nie osiąga w czasie gotowania 100 st).

Szczególnie ważne są wszelkie reakcje czy procesy zachodzące z udziałem gazów. O ile ciecze i ciała stałe w bardzo niewielkim stopniu zmieniają objętość przy niewielkich zmianach temperatury, to gazy robią to bardzo wyraźnie. Zmiana temperatury z 0°C do 25°C powoduje, że balon wypełniony gazem powiększy swoją objętość o niecałe 10%. W skali przemysłowej, to bardzo, bardzo dużo.

 

Kto zdecydował jakie to są warunki standardowe, a jakie  normalne?

Lepiej zapytać, kto o tym cały czas decyduje. Nie dość, że wartości te są zmieniane, to jeszcze w rzezywistości ustalają je różne organizacje. Dla nas chemików decydujące słowo ma IUPAC, czyli Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (International Union of Pure and Applied Chemistry). Drugą ważną organizacją jest NIST (National Institute of Standards and Technology).

Właściwie, to niektóre firmy, instytuje i uczelnie mają własne zdanie na temat warunków standardowych, dlatego w książkach wartości te mogą się różnić! Jeśli studiujesz lub pracujesz w branży technologicznej, inżynieryjnej czy chemicznej ZAWSZE sprawdź o jakie warunki chodziło autorowi publikacji, z której korzystasz. Musisz wiedzieć, co miał na myśli, mówiąc warunki „standardowe”. A jeśli piszesz jakąś pracę: magisterską, inżynierską, czy może opracowujesz materiał w pracy – także zaznacz wyraźnie, jakie warunki masz na myśli.

Dlaczego stosuje się tyle  różnych wartości?

W dużym stopniu chodzi o… ekonomię i praktyczność. W kraju, gdzie jest ciepły klimat, bardzo kosztownym zadaniem  jest chłodzenie laboratorium do temperatury 0°C. O wiele lepiej przyjąć za punkt odniesienia temperaturę 25°C. I odwrotnie – w chłodnym klimacie ciągłe dogrzewanie do wartości 20-25°C też jest nieekonomiczne. Pochłania to wiele energii, a zatem i pieniędzy.

O WARUNKACH STANDARDOWYCH, czyli STP:

Jeśli przy symbolu umieszczony jest symbol małego kółka w indeksie górnym, np.: E° to znaczy, że wartość podana jest dla waruków standardowych (w naszym przykładzie E jest to potencjał elektrochemiczny). No właśnie, standardowych, czyli w końcu jakich…?

Chyba każdy z nas z książek dowiedział się, że warunki stadardowe, to 25ºC i 1000 hPa. Jednak obecnie warunki standardowe to:

0ºC czyli 273,15K 1000 hPa

W niektórych tablicach, zwłaszcza w starych podręcznikach możesz spotkać temperaturę 20°C. A ciśnienie 1000hPa obowiązuje od 1982 roku, więc w wielu wiekowych książkach akademickich możesz znaleźć poprzednią wersję, czyli 1013,25 hPa. Tak naprawdę 25°C i 1000hPa, czyli nam znane warunki standardowe są nie do końca oficjalne, ale powszechnie stosowane, gdyż są to średnie wartości temperatury i ciśnienia otoczenia (tzw. temp. pokojowa).

 Ponadto warunki standardowe dla roztworów określają ich stężenie: wynosi  1 mol/dm3.

WARUNKI NORMALNE, czyli NTP:

Tutaj też znajdziemy różne definicje, ale trzymajmy się nam znanej:

0ºC czyli 273,15K 1013,25 hPa