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État standard

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En chimie, l'état standard d'une substance est défini comme unétat particulier de la substance servant de référence pour les bases de données physico-chimiques. Il correspond généralement aucorps pur sous un état particulier, parfois virtuel, à une température particulière et sous la pression standard :p° = 1bar = 10⁵Pa. Pour l'état gazeux, il s'agit de l'état degaz parfait, état légèrement différent de l'état réel. Les tables élémentaires de thermodynamique chimique se limitent souvent à la température de référence298,15 K (25 °C) 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 1atm =1,013 25 × 10⁵ Pa [1]. 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

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L'état standard d'un gazpur est legaz parfait hypothétique à la pression standard de1 bar. Aucungaz 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 de1 bar.
Pour unesolution en phase condensée, l'état standard dusolvant est le dit solvant en état pur, toujours à la pression standard de1 bar.

État standard de référence pour les corps purs

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Un état standard particulier utilisé pour les tables est l'état standard de référence défini pour chaqueélément chimique. C'est généralement l'état de l'élément pur le plus stable à la température considérée et sous1 bar.
Pour un solide cristallisé, c'est lavariété 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 estmétastable.

Exemples d'état standard de quelques corps purs

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L'état standard correspond à leur forme stable à la température choisie ; par exemple ici,T =298 K.

Élément chimique	Symbole	Numéro atomique	Espèce chimique de l'état standard	État	Formule chimique
Hydrogène	H	1	Dihydrogène	Gazeux	H₂(g)
Hélium	He	2	Hélium	Gazeux	He(g)
Carbone	C	6	Graphite	Solide	C(graphite)
Azote	N	7	Diazote	Gazeux	N₂(g)
Oxygène	O	8	Dioxygène	Gazeux	O₂(g)
Fluor	F	9	Difluor	Gazeux	F₂(g)
Phosphore	P	15	Phosphore blanc	Solide	P₄(s)
Fer	Fe	26	Ferrite $\alpha$	Solide	Fe( $\alpha$ )
Cuivre	Cu	29	Cuivre $\alpha$	Solide	Cu( $\alpha$ )

Solutions : états standard du solvant et d'un soluté

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Dans une solution liquide, les états standard des constituants sont toujours définis sous la pressionp° =1 bar. Mais l'état standard est différent selon qu'un constituant est considéré comme lesolvant ou comme unsoluté. 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 demeureridéale jusqu'à la concentration standard fixée par convention àc° = 1 mol/l. 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 pressionp°. On peut aussi définir des échelles de soluté enmolalité où l'état standard correspond à la molalité de 1 mol/kg 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

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D'une façon générale, l'état standard est l'état où pour chaque constituant $i {\displaystyle i}$ lepotentiel chimique $\mu _{i}$ est égal au potentiel chimique standard $\mu _{i}^{\circ }$ . Comme le potentiel chimique s'écrit :

\mu _{i}=\mu _{i}^{\circ }+RT\ln a_{i}

cela revient à définir l'état standard comme l'état où l'activité de chaque constituant $a_{i}$ est égale à 1. L'état standard dépend ainsi de l'échelle d'activité considérée.

Notes et références

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↑Avant 1985, la pression standard était égale à la pression normale1 atm =101 325 Pa.

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Corps pur

État standard de référence pour les corps purs

Exemples d'état standard de quelques corps purs

Solutions : états standard du solvant et d'un soluté

Lien avec le potentiel chimique

Notes et références

Articles connexes