표준 조건(Standard conditions) vs. 표준 상태(Standard state)

표준 조건(Standard conditions) 즉 STP와 표준 상태(Standard state)는 둘 다 과학적 계산에 사용되지만, 항상 같은 것을 의미하지는 않는다.

 

 

 

표준 조건(Standard conditions) vs. 표준 상태(Standard state)

 

STP는 표준 온도 및 압력(Standard Temperature and Pressure)의 약자로, 273 K(0°C) 및 1 atm 압력(또는 10^5 Pa)으로 정의된다. STP는 표준 조건(Standard conditions)을 기술하며, 이상 기체 법칙(Ideal Gas Law)을 사용하여 가스 밀도와 체적을 측정하는 데 종종 사용된다. 여기서 이상적인 기체의 1 mol 부피는 일반적으로 22.4 L를 차지한다.

 

표준 상태 조건(Standard state conditions)은 열역학 계산에 사용된다.

국제순수응용화학연합(IUPAC)에서는 표준 상태를 다음과 같이 정의한다.

지정 온도, 1 bar (=105 Pa) 압력 조건에서 열역학적으로 가장 안정한 물질의 상태

* 참고로, 1982 년 이전까지는 표준 압력(P ˚)이 1 기압(=1.01325 bar)이었으나 1982 년부터 1 bar(=0.986923 기압)로 변경되었다.

 

표준 상태 정의 중, 눈에 띄는 점은 구체적인 온도 기준이 없다는 것이다. 

1) 원소의 표준 상태는 1 bar, 지정 온도에서 동소체 중 가장 안정한 원소 상태로 정의한다.
2) 고체와 액체 물질의 표준 상태는 1 bar, 지정 온도에서 가장 안정한 상태로 정의한다.
3) 기체의 표준 상태는 1 bar 압력, 지정 온도에서 이상 기체 거동을 하는 기체 상태로 정의한다.
4) 용액 내 용해된 화학종의 표준 상태는 1 bar, 지정 온도에서 이상 용액처럼 행동하는 1 M 용액 상태로 정의한다.

 1) ~ 4) 모두, 압력은 1 bar로 분명하게 표현된 것에 비해, 온도는 그냥 '지정 온도'다. 이는 어떤 온도를 지정했느냐에 따라 물질의 표준 상태가 다를 수 있다는 말이다.

 

 

● H2O 경우

<그림 1>Simplified temperature/pressure phase change diagram for water.

(Source : https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_diagram#)

 

248.15 K(-25 ℃), 1 bar에서 H2O 표준 상태는 H2O (s ), 얼음이다. 반면,  298.15 K(25 ℃), 1 bar에서 H2O 표준 상태는 H2O (l ), 물이다. IUPAC 정의에 따라 지정 온도에서 열역학적으로 가장 안정한 H2O 상태가 얼음과 물이기 때문이다.

 

혹시라도, 온도가 따로 지정되지 않은 경우에는 298.15 K(25 ℃)로 생각하는 것이 일반적이다. 이유는 표준 물리량(엔탈피, 자유 에너지)과 관련 때문이다.

 

 

일부 문헌에서는 다음과 같이 설명하고 있는 바 비교하여 개념을 정립할 필요가 있다.

표준 상태에 대해 몇 가지 조건이 지정되어 있다.

• 표준 상태 온도는 25°C(298K)이다.              

       Note :  1. 표준 상태 조건에는 온도가 지정되어 있지 않지만, 대부분의 데이타에서는

                   이 온도로기록(compile)되어 있다.

                2. 표준 상태 계산(Standard state calculations)은 대개 273 K(0°C)에서 수행하고 있는 바,

                    STP 조건으로 계산할 수 있다.

• 모든 가스에 대한 표준 상태의 압력은 1atm 이다.
• 모든 액체와 기체는 순수하다.
• 모든 용액은 1M 농도에 있다.
• 정상 상태(normal state)에서 원소의 생성 에너지는 0(zero)으로 정의된다.

 

 

표준 조건(Standard conditions) 즉 STP와 표준 상태(Standard state)의 차이점을 요약하면 다음과 같다.

 

• STP 및 표준 상태 조건(Standard state conditions)은 일반적으로 과학적 계산에 사용된다.
• STP는 표준 온도 및 압력(Standard Temperature and Pressure)을 의미한다. 273 K(0°C) 및 1 atm 압력(또는 10^5 Pa)으로 정의된다.
• 표준 상태 조건(Standard state conditions)의 정의는 액체(liquids) 및 기체(gases)일 경우에는 순수(pure)하고 용액(solutions)일 경우에는 1 M 농도를 의미하고 압력은 1 atm, 을 명시한다. 온도는 지정되어 있지 않지만, 대부분의 표는 25°C(298K)에서 데이터로 기록(compile)되어 있다.
• STP는 이상 가스에 가까운 가스와 관련된 계산에 사용된다.
• 모든 열역학 계산에는 표준 조건(Standard conditions)이 사용된다.
• STP 및 표준 조건에 대해 인용된 값은 이상적인 조건에 기초하므로 실험값에서 약간 벗어날 수 있다.

source : https://www.thoughtco.com

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표준조건(Standard Conditions), 정상조건(Normal Conditions), STP, NTP, SATP 등 여러 조건에 대한 정의 이전 포스팅 참조.
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표준조건(Standard Conditions) vs. 정상조건(Normal Conditions)