中國國家標準中規定100kPa為標準壓力，用表示PΘ，再進一步規定各種系統的熱力學標準態。對於氣相系統，每種氣態物質的壓力均處於標準壓力時，即為標準態；對液體和固體物質，其標準態是純液體和固體中最穩定的晶態。處於標準壓力下的理想溶液，濃度為標準濃度 CΘ= 1 mol/L 時的狀態，即為該溶液的標準態。標準態沒有特別指明溫度，通常用的是298.15K（可近似為298K）的數值，可不必指出。如為其它溫度，則需在右下角標出該溫度數值。
基本介紹
- 中文名：標準態
- 外文名：The standard configuration
- 標準壓力：100kPa
- 表示：P
- 簡稱：標準態
- 學科：冶金工程
基本信息,國際規定,標準狀態選擇,組元活度,總結,
基本信息
如何正確求定冶金熔體中組元的活度是冶金過程熱力學中非常重要而且有實用價值的問題。多年來,中外學者對活度理論和有關的計算方法作了非常透徹的論述。另一方面,冶金學者對大量冶金反應的平衡業已進行了嚴謹而細緻的測定。關於各種冶金熔體中組元的活度和活度相互作用參數,文獻中有大量實驗數據,對之已作過系統的評述。
廣大冶金工作者普遍運用活度理論和這些實測數據來分析和解決各種冶金工藝問題。活度已成為冶金原理中不可分割的重要構成部分。
近年來,冶金領域顯現以下新情況:其一,純淨鋼的純淨度和品質水平日益提高,其套用領域迅速擴大,為表明純淨鋼的特徵,常用百萬分之若干,即“ppm”來表示鋼中雜質含量。其二是冶金學中引入質量分數後, 本來應該比照摩爾分數與摩爾百分數的關係加以類推,以嚴格區分“分數”(fraction) 和“百分數”(percentage) ,遺憾的是有些人士對質量分數的定義未透徹了解,把它和質量百分數濃度等同起來,產生了一系列錯誤。
國際規定
我國國家標準中規定100kPa為標準壓力，用表示PΘ，再進一步規定各種系統的熱力學標準態。對於氣相系統，每種氣態物質的壓力均處於標準壓力時，即為標準態；對液體和固體物質，其標準態是純液體和固體中最穩定的晶態。處於標準壓力下的理想溶液，濃度為標準濃度 CΘ= 1 mol/L 時的狀態，即為該溶液的標準態。標準態沒有特別指明溫度，通常用的是298.15K（可近似為298K）的數值，可不必指出。如為其它溫度，則需在右下角標出該溫度數值。
標準狀態選擇
由於熱力學方法的特點,人們常選某一狀態為標準態(也即基態) ,規定了該狀態下的值後可求得另一狀態下熱力學函式的相對值。為能交流和積累實驗數據,在各學科領域人們對選擇標準態需有一個共識,且不隨時間的推移而隨意改變。各冶金反應的標準吉布斯自由能變化，即是按國際上共同認可的標準態確定的,所以它們才具有加和性。活度就是某一狀態下的化學位和標準態化學位的差值的反映。
人們統一選用的熱力學標準態為:壓力為1 atm、任意給定溫度的純固體、純液體或具有理想氣體特性的純氣體。鑒於SI 制中不主張使用atm作為壓力單位,所以在熱力學計算中,現以兩種方式處理之一，是唯一在熱力學範圍內保留atm 作為制外單位,以確保標準狀態下壓力的對數值為0 ;另一個是採用以1 atm 為基準的無量綱壓力表示法。
當反應涉及高壓氣體時,氣體組元不能直接用分壓表示,而要用逸度來修正分壓,這裡同樣存在使用“無量綱壓力”的問題。順便指出,也有取Pθ = 0.1 MPa。冶金反應多在常壓下進行,真空冶金更涉及低壓狀態,冶金組元的分壓都很低,這時取Pθ = 0.1 MPa 可能會產生較大的誤差。對此應予注意。
組元活度
關於冶金熔體中組元活度的標準態,情況較為複雜。冶金反應可以涉及兩類溶液:鐵或有色金屬中含有濃度不高的其它組元而構成的金屬液,一般按稀溶液處理之;熔渣、熔鋶等多種物質混合構成的濃溶液,其極限狀態一般按完全理想溶液來處理。對後一種熔體,通常以拉烏爾定律為基礎,採用純物質作為標準態,以摩爾分數表示其濃度。
以摩爾百分數(多用於有色金屬) 或質量百分數(多用於鋼鐵) 表示其濃度。亨利定律適用於無限稀溶液,溶質組元濃度以不同方法表示時,亨利定律的表示式和亨利常數KH 值也稍有不同。
總結
活度是冶金物理化學中的重要參數。只有正確得出冶金熔體中組元的活度值,才可能用以分析冶金反應的熱力學平衡、反應可能的方向,以及確定反應動力學方程中的界面濃度。
另外,對質量分數的定義、概念及書寫方法,也必須準確無誤。與質量百分數的混淆,也會造成使用質量分數方面的誤差。採用質量百分濃度還是質量分數來表示金屬溶液中組元的含量,決不僅是簡單的單位變換,而且涉及冶金物理化學的基本原則,必須予以認真考慮和對待。
建議在制訂關於“量和單位”的國家標準時,對於那些不屬於法定計量單位的問題,切實考慮各學科領域的具體情況,提供一個較寬鬆的環境,使之既便於套用,又利於信息傳遞、學術交流、資源共享、與國際接軌,從而促進各學科的進一步發展。
