État standard

Caractéristiques de l’état standard

Un état standard est défini comme un statut spécifique de la matière.
Il correspond à un corps pur dans une forme spécifique, parfois virtuelle.
L’état standard est une forme stable à une température choisie.
Les anciens tableaux se réfèrent à la pression normale, évaluée à 1 atm.

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L’État standard des corps purs, solvants et solutés et son lien avec le potentiel chimique.

Un état standard est défini comme un statut spécifique de la matière, comme référencé dans les bases de données physico-chimiques. Cela correspond à un corps pur dans une forme spécifique, parfois virtuelle. Une température déterminée et une pression standard sont donc nécessaires : p° = 1 bar = 105 Pa. En ce qui concerne l’état gazeux, il s’agit de la forme parfaite du gaz, subtilement différente de l’état réel. Les tableaux de base de la thermodynamique chimique sont généralement limités à une température de référence de 298,15 K ou à 25 °C. En revanche, des tableaux plus complets fournissent des grandeurs thermodynamiques standard à différentes températures.

Il faut noter que les données dans les anciens tableaux se réfèrent à la pression normale, évaluée à 1 atm, soit 1,013 25 × 105 Pa. Pour les informations plus récentes, ce changement n’a aucun effet sur les états liquides et solides. De plus, les conséquences sur l’état gazeux sont négligeables.

L’état standard des corps purs

Avec une pression de 1 bar, l’état standard d’un gaz pur est hypothétique. Aucun gaz réel n’est parfait, sauf à des pressions infiniment basses. En revanche, il est possible de tenir compte des non-idéalités avec cette définition. Toujours à une pression de 1 bar, l’état standard d’une phase condensée solide ou liquide reste la même. Pour les solutions condensées à une pression de 1 bar, l’état standard du solvant est caractérisé par sa pureté.

L’état standard de référence des corps purs

L’état standard spécifique utilisé pour le tableau est le statut de référence qui a été défini pour chaque élément chimique. Il s’agit, le plus souvent, de l’état le plus stable d’un élément pur à une température considérée et à une pression inférieure à 1 bar.

Pour les solides cristallins, le terme fait référence à un allotrope stable à des températures sélectionnées. Le carbone graphite, par exemple, est un état standard à température ambiante, contrairement au carbone diamant qui est métastable.

Quelques exemples d’états standards pour les corps purs

L’état standard est une forme stable à une température choisie. À titre d’illustration, voici un exemple : 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 α	Solide	Fe(α)
Cuivre	Cu	29	Cuivre α	Solide	Cu(α)

Les états standard des solvants et des solutés

Dans les solutions liquides, l’état standard d’un composant est toujours défini à une pression p° = 1 bar. Il en va différemment lorsqu’un composant est considéré comme un solvant ou un soluté. Pour une composition donnée, il existe deux définitions possibles.

À l’état “solvant” standard, il s’agit d’un état liquide pur. Dans un état “soluté” standard, il doit être dans une composition qui conserve les propriétés d’une solution suffisamment diluée. L’objectif est de maintenir la forme idéale jusqu’à la concentration classique convenue de c° = 1 mol/l. Cet état est généralement déduit, loin de la forme réelle. Cependant, il faut que la solution reste idéale sur toute la plage de concentration. Cette définition est proche, à l’état standard d’un gaz. Il faut toutefois que celui-ci reste parfait jusqu’à une pression p°. L’échelle des solutés peut également être définie en termes de molalité, où l’état standard représente 1 mol/kg, ou en fractions molaires. On parle alors d’un soluté pur. Il s’agit d’un état virtuel, car le soluté doit maintenir son comportement en dilution infinie.

Dans un mélange de deux liquides, comme l’eau et l’alcool, chacun des deux composants peut être considéré comme un solvant ou un soluté. Il y a donc un total de quatre états standards. En revanche, quand un solide comme le chlorure de sodium se dissout dans un liquide, il doit représenter le soluté.

Le lien avec le potentiel chimique

En général, l’état standard est celui dans lequel le potentiel chimique µ_i de chaque composant est égal au potentiel chimique standard µ_i°. Puisque le potentiel chimique est écrit µi = µi° + RT ln a_i,cela équivaut à définir un état standard spécifique. Il est identique à celui dans lequel l’activité de chaque composant est égale à 1. Le statut classique dépend alors de l’ampleur de l’activité considérée.

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