État standard
L'état standard d'une substance est défini comme un état particulier de la substance servant de référence pour les bases de données physico-chimiques. Il correspond généralement au corps pur sous un état particulier, parfois virtuel, à une température particulière et sous la pression standard : Modèle:Mvar° = 1 bar = 105 Pa. Pour l'état gazeux, il s'agit de l'état de gaz parfait, état légèrement différent de l'état réel. Les tables élémentaires de thermodynamique chimique se limitent souvent à la température de référence Modèle:Unité (Modèle:Tmp) mais les tables plus complètes donnent les grandeurs thermodynamiques standard à diverses températures.
Remarque : dans les anciennes tables, les données se réfèrent à la pression normale de 1 atm = Modèle:Unité<ref>Avant 1985, la pression standard était égale à la pression normale Modèle:Unité = Modèle:Unité.</ref>. Concernant les données des tables, ce changement n'a aucune conséquence pour les états liquide et solide et des conséquences généralement négligeables pour l'état gazeux.
Corps pur
- L'état standard d'un gaz pur est le gaz parfait hypothétique à la pression standard de Modèle:Nb. Aucun gaz réel n'est parfait sauf à une pression infiniment faible, mais cette définition permet de tenir compte de la non-idéalité.
- L'état standard d'une phase condensée (solide ou liquide) est la même phase pure, encore à la pression standard de Modèle:Nb.
- Pour une solution en phase condensée, l'état standard du solvant est le dit solvant en état pur, toujours à la pression standard de Modèle:Nb.
État standard de référence pour les corps purs
- Un état standard particulier utilisé pour les tables est l'état standard de référence défini pour chaque élément chimique. C'est généralement l'état de l'élément pur le plus stable à la température considérée et sous Modèle:Nb.
- Pour un solide cristallisé, c'est la variété allotropique stable à la température choisie. Exemple : le carbone graphite est l'état standard dans les conditions normales de température, contrairement au carbone diamant qui est métastable.
Exemples d'état standard de quelques corps purs
L'état standard correspond à leur forme stable à la température choisie ; par exemple ici, Modèle:Mvar = Modèle:Unité.
| Élément chimique | Symbole | Numéro atomique | Espèce chimique de l'état standard |
État | Formule chimique |
| Hydrogène | H | 1 | Dihydrogène | Gazeux | Modèle:H2(g) |
| Hélium | He | 2 | Hélium | Gazeux | He(g) |
| Carbone | C | 6 | Graphite | Solide | C(graphite) |
| Azote | N | 7 | Diazote | Gazeux | Modèle:N2(g) |
| Oxygène | O | 8 | Dioxygène | Gazeux | Modèle:O2(g) |
| Fluor | F | 9 | Difluor | Gazeux | Modèle:Fchim(g) |
| Phosphore | P | 15 | Phosphore blanc | Solide | Modèle:Fchim(s) |
| Fer | Fe | 26 | Ferrite <math>\alpha</math> | Solide | Fe(<math>\alpha</math>) |
| Cuivre | Cu | 29 | Cuivre <math>\alpha</math> | Solide | Cu(<math>\alpha</math>) |
Solutions : états standard du solvant et d'un soluté
Dans une solution liquide, les états standard des constituants sont toujours définis sous la pression Modèle:Mvar° = Modèle:Nb. Mais l'état standard est différent selon qu'un constituant est considéré comme le solvant ou comme un soluté. Pour un constituant donné, les deux définitions possibles sont les suivantes :
- dans son état standard « solvant », il est à l'état de liquide pur ;
- dans son état standard « soluté » il est supposé être dans une solution qui conserverait les propriétés d'une solution assez diluée pour demeurer idéale jusqu'à la concentration standard fixée par convention à Modèle:Mvar° = Modèle:Unité. Il s'agit d'un état extrapolé, qui est souvent assez éloigné de l'état réel sauf dans les solutions qui restent idéales dans tout le domaine de concentration. Cette définition est analogue à celle de l'état standard d'un gaz qui est supposé demeurer parfait jusqu'à la pression Modèle:Mvar°. On peut aussi définir des échelles de soluté en molalité où l'état standard correspond à la molalité de Modèle:Nb ou en fraction molaire où l'état standard correspond à un soluté pur. Ce sont toujours des états virtuels puisque le soluté doit garder son comportement infiniment dilué.
Dans un mélange de deux liquides, par exemple eau-alcool, chacun des deux constituants peut être considéré indifféremment comme le solvant ou le soluté, d'où en tout quatre états standard. Par contre lorsque l'on dissout un solide (exemple : chlorure de sodium) dans un liquide (exemple : eau), le solide est nécessairement le soluté.
Lien avec le potentiel chimique
D'une façon générale, l'état standard est l'état où pour chaque constituant <math>i</math> le potentiel chimique <math>\mu_i</math> est égal au potentiel chimique standard <math>\mu_i^\circ</math>. Comme le potentiel chimique s'écrit :
- <math>\mu_i = \mu_i^\circ + RT \ln a_i</math>,
cela revient à définir l'état standard comme l'état où l'activité de chaque constituant <math>a_i</math> est égale à 1. L'état standard dépend ainsi de l'échelle d'activité considérée.
Notes et références
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