표준 온도 및 압력 (STP)은 화학 실험에 대한 국제적으로 합의 된 측정 표준을 나타냅니다.
IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)에 따르면, 표준 온도 및 압력에 대한 현재 허용되는 값은 273.15 k (0 ° C) 입니다. 정확히 100kpa (0.986923 atm) (KPA =킬로 파스칼). STP의 목적은 화학자에게 데이터를 해석하고 비교할 수있는 일반적인 실험 기준을 제공하는 것입니다.
STP의 IUPAC 정의는 보편적으로 허용되지 않습니다. 예를 들어 대부분의 화학 교과서는 여전히 표준 압력 값 1 atm을 사용합니다. 다른 산업은 정확한 관심사에 따라 다른 표준을 사용합니다. 예를 들어, NIST (National Institute of Standards and Technology)는 STP를 293.15K (20 ° C) 및 1 atm의 압력 (101.325 kPa)으로 정의하고 국제 표준 지표 조건 (ISMC)은 STP를 288.15 K (15 ° C) 및 101.325 kPA로 정의합니다. STP의 정확한 값은 맥락에서 문맥으로 변경 될 수 있지만, 근본적인 아이디어는 동일합니다. STP 값은 물질의 거동을 관찰하고 설명하기 위해 일반적으로 합의 된 실험 조건 세트를 제공합니다.
표준이 필요한 이유는 무엇입니까?
물질의 거동은 온도와 압력에 따라 크게 다르기 때문에 화학자는 STP 정의가 필요합니다. STP 정의는 화학자에게 "정상적인"조건 하에서 가스가 어떻게 작동하는지 설명하기위한 공통 기준점을 제공합니다. 과학자들은 두 가지 목적으로 STP 정의와 같은 표준을 사용하여 특정 정량적 지표를 정의하고 일관되고 반복 가능한 실험을 허용합니다.
누군가가 당신에게 MAROL의 메탄이 22.4 리터 (L)라고 말한다고 상상해보십시오. 물질의 어금니 부피는 그 물질의 한 두더지가 얼마나 많은 공간을 차지하는지에 대한 척도 일뿐입니다. 그 자체로는이 가치는 유익하지 않습니다. 가스의 부피는 압력 및 온도와 관련하여 크게 변하기 때문에 가스는 정확한 온도와 압력에 따라 다수의 어금니를 가질 수 있습니다. 22.4 L의 어금니 부피 측정을보다 의미있는 양으로 만들기 위해 온도와 압력을 지정해야합니다. 과학자들은 가스의 정량적 특성을보고하기 위해 사전 정의 된 온도와 압력에 동의합니다. 이런 일이 발생하기 때문에 STP (273.15 K, 100kpa)의 모든 가스의 1 몰은 22.4 L의 부피를 갖습니다. 부피, 체적 흐름 및 압축성과 같은 가스의 정량적 측정은 일부 정의 된 압력 및 온도에 대해 정의되어야합니다.
.화학자들은 또한 실험 표준을 채택하여 실험 시험이 동일한 조건을 가지고 있는지 확인할 수 있습니다. 실험 조건이 다르면 실험 결과가 변경 될 수 있으므로 과학자들은 표준 조건에 동의하여 결과를 신뢰할 수 있고 재현 가능합니다. 과학자가 자신의 실험 설정에 대한 충분한 정보를 제공하지 않으면 다른 과학자는 결과를 재현하려고 시도 할 수 없습니다. 재현성은 실험 데이터를 확인하는 데 필수적입니다.
Alice가 하나의 가스 샘플에 대한 실험을 수행하고 그 행동을 기록한다고 상상해보십시오. 그러나 그녀는 실험이 수행 된 온도와 압력을 기록하지 않습니다. 그런 다음 밥은 앨리스의 실험을 재현하려고 시도하지만 앨리스의 실험에서 압력과 온도를 알지 못하기 때문에 다른 결과를 얻습니다. 이와 같은 상황이 발생하는 것을 방지하기 위해 STP 정의가 존재합니다. 표준 조건은 과학자에게 실험을 수행하고 데이터를 비교할 수있는 일반적인 기준 프레임을 제공합니다.
STP 값의 사용
허용 된 STP 값은 정상 조건에서 가스의 거동을 예측하는 데 사용될 수 있습니다. 이상적인 가스 법률 방정식 PV = n 사용 RT 우리는 주어진 가스가 다른 압력과 온도 아래에 있어야하는 특성을 계산할 수 있습니다. 이 예에서, 우리는 단순성을 위해 표준 압력 값 1 ATM을 사용하고 R 상수의 가장 일반적인 값 (0.08206)은 압력의 측면으로 표현되기 때문에
.Q :1.4 몰의 수소 가스 샘플의 부피는 얼마입니까? )에서 stp?
솔루션 :
STP 조건은 273.15 K 및 1ATM으로 정의됩니다. R의 값은 0.08206입니다. 이상적인 가스 법률 방정식에서 P는 일반적으로 이러한 값을 이상적인 가스 법 방정식에 꽂을 때 표현됩니다.
(1atm) (v) =(1.4mol) (0.08206) (273.15k) = 31.4 l .
1.4 몰의 수소 가스는 31.4 리터의 공간을 차지합니다. 답변 계산이 수소 가스의 특정 특성에 어떻게 의존하지 않았는지, 그 양에만 주목하십시오.
또한 STP 조건을 사용하여 주어진 온도와 압력 하에서 가스가 어떻게 작동하는지 추정 할 수 있습니다. 예는 다음과 같습니다.
Q :가스의 압력 5 atm에서 0.13 L, 300K의 부피가 있다면 STP 조건에서 부피는 어떻게됩니까?
솔루션 :
이것을 알아 내기 위해, 우리는 이상적인 가스 법률에서 파생 된 법을 사용할 수있는 압력과 부피 대 온도의 비율이 고정 된 양의 가스에 대해 일정하게 유지된다고 말할 수 있습니다. 수학적으로 이것은 :
입니다p 1 v 1 / t 1 =p 2 v 2 / t 2
이 방정식을 사용하여 새로운 볼륨을 찾을 수 있습니다. 우리가 얻는 값을 연결합니다.
(0.15L) (5ATM)/300K =v 2 (1ATM) /273.15K)
v 2 에 대한 해결 우리에게주는 :
(0.15L⋅5ATM/300K) ⋅273.15 =v 2 = 0.68 l
따라서 가스의 부피는 STP 조건에서 0.68 리터입니다.
또한 STP 조건을 가정하면 이상적인 가스 공식을 단순화 할 수 있습니다. 일반적으로 공식은
입니다pv =nrt
STP 값을 가정하면 p =1 및 t =273.15. 따라서 STP 값에서 가스 샘플에 대한 일반적인 상태 방정식은
로 작성할 수 있습니다.v =nr (273.15).
이 방정식은 또한 STP 조건에서 가스의 어금니 부피를 제공하는 데 사용될 수 있습니다. 가스의 어금니 부피는 단지 1 몰의 가스가 차지하기 때문에 n =1을 설정하면 다음과 같이합니다.
v =r (273.15) = ~ 22.4 l
이 방정식은 STP 조건에서 하나의 두더지의 가스가 22.4 리터의 부피를 가지고 있음을 알려줍니다. 흥미롭게도, 가스의 몰 부피는 가스의 특정 화학적 특성과 전적으로 독립적이다.
왜 그 가치?
과학자들이 합의 된 표준을 사용하는 이유를 설명하는 것은 한 가지입니다. 과학자들이 왜 특정 표준을 사용하는지 묻는 것은 또 다른 질문입니다. IUPAC가 STP를 273.15 K 및 100 kPa로 정의하는 이유는 무엇입니까? 왜 100 K와 50 mmhg가 아닌가?
역사적으로 표준 온도와 압력은 해발 온도와 압력 (약 15 ° C 및 1 at a ait의 압력과 거의 같다고 정의되었습니다. 이러한 가치는 실험실에서 극도로 제어 된 조건을 만들기위한 기술이 부족하기 때문에 의미가 있습니다. 당시 화학 실험을하는 대부분의 사람들은 그러한 환경에서 자신을 발견 할 것이므로 해당 값을 표준으로 설정하는 것이 합리적이었습니다. 당시 섭씨 온도 스케일은 물의 동결 및 끓는점을 기반으로했습니다. 물의 끓는점은 정확히 100 ° C 및 동결 지점 0 ° C로 정의되었습니다.
원래, 1 대기 (ATM)의 압력은 해발 760mm 높이의 수은 (HG)에 의해 가해지는 압력으로 정의되었다. Evangelista Torricelli (1608-1647)는 예상 높이가 대기의 영향으로 상승 할 것으로 예상되는 높이로 760mm의 값을 계산했습니다. Torricelli는 물 열 높이의 관찰 된 값을 취 함으로써이 값을 도출하고 수은의 밀도가 증가하여 높이의 예상 차이를 계산했습니다. 이 값은 수은 바로메터의 광범위한 사용으로 인해 꽤 오랫동안 지속되었습니다.
20 세기 초, 대부분의 과학기구는 표준으로 0 ° C와 1 atm의 압력 값을 사용하여 전환했습니다. 미국의 새로 급성장하는 석유 및 가스 산업과 같은 많은 상업 산업은 산업과 기술이 이러한 가치를 중심으로 설정 되었기 때문에 단순히 15-20 ° C의 온도를 표준으로 계속 사용했습니다. 과학 조직은 잘 이해 된 물질 (물)의 위상 거동을 기반으로 한 "클리너"값을 나타 내기 때문에 0 ° C 표준으로 전환했습니다.
1982 년 IUPAC는 STP 조건의 정의를 273.15 K 및 100KPA로 변경했습니다. 이 변화는 SI 단위로 완전히 표현 될 수있는 단위로 STP 조건을 표현하려는 욕구에 의해 동기가 부여되었다. 켈빈 온도 스케일은 온도에 대한 SI 허용 된 기본 단위이며, 트리플 물의 지점을 기반으로하며, 이는 273.15 K로 정확히 정의됩니다. 파스칼은 미터 제곱 당 뉴턴으로 표현되는 파생 단위이며, 둘 다 SI 수량입니다. As it turns out, 1 atm of pressure is equal to 101.325 kPa, so a defined value of 100 kPa at standard pressure is continuous with old values. 오늘날 대부분의 과학자들은 Si 단위가 자연에서 발견되는 불변의 물리적 상수를 기반으로하기 때문에 Si 단위 만 사용하는 것을 선호합니다.
요약하면, 표준 온도와 압력 (STP)은 압력과 온도에 대한 실험 표준에 합의됩니다. 화학자가 실험을 수행하고 데이터를 해석하며 결과를 전달할 수있는 공통 기준을 설정하기 위해 STP 정의가 존재합니다. 물질의 거동은 온도와 압력에 크게 의존하므로 정확하고 재현 가능한 실험을 위해 표준이 있어야합니다. 1982 년 IUPAC에 의해 정의 된 현재의 STP 값은 대다수의 학술 화학자들이 사용합니다. 다른 STP 정의는 관심사에 따라 다른 분야에 존재합니다.
