Standardbedingungen für Temperatur und Druck - Standard conditions for temperature and pressure

Standardtemperatur und -druck ( STP ) sind Standardbedingungen für experimentelle Messungen, die erstellt werden müssen, um Vergleiche zwischen verschiedenen Datensätzen anzustellen. Die am häufigsten verwendeten Standards sind die der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) und des National Institute of Standards and Technology (NIST), obwohl dies keine allgemein anerkannten Standards sind. Andere Organisationen haben eine Vielzahl alternativer Definitionen für ihre Standardreferenzbedingungen aufgestellt.

In der Chemie änderte die IUPAC 1982 die Definition von Standardtemperatur und -druck:

STP sollte nicht mit dem Standardzustand verwechselt werden, der üblicherweise bei thermodynamischen Bewertungen der Gibbs-Energie einer Reaktion verwendet wird.

NIST verwendet eine Temperatur von 20 °C (293,15 K, 68 °F) und einen Absolutdruck von 1 atm (14,696 psi, 101,325 kPa). Dieser Standard wird auch als Normaltemperatur und -druck (abgekürzt als NTP ) bezeichnet. Eine übliche Temperatur und Druck, die von NIST für thermodynamische Experimente verwendet werden, sind jedoch 298,15 K (25 ° C , 77 ° F ) und 1 bar (14,5038 psi , 100 kPa) . NIST verwendet auch "15 °C (60 °F)" für die Temperaturkompensation von raffinierten Erdölprodukten, obwohl diese beiden Werte nicht genau übereinstimmen.

Die internationalen metrischen Standardbedingungen für Erdgas und ähnliche Flüssigkeiten sind 288,15 K (15,00 °C; 59,00 °F) und 101,325 kPa.

In Industrie und Gewerbe sind häufig Standardbedingungen für Temperatur und Druck erforderlich, um die Standard-Referenzbedingungen zu definieren, um die Volumina von Gasen und Flüssigkeiten und verwandte Größen wie den Volumenstrom auszudrücken (die Volumina von Gasen variieren stark mit Temperatur und Druck) : Standardkubikmeter pro Sekunde (Sm 3 /s) und Normalkubikmeter pro Sekunde (Nm 3 /s).

Viele technische Veröffentlichungen (Bücher, Zeitschriften, Geräte- und Maschinenanzeigen) geben jedoch lediglich "Standardbedingungen" an, ohne sie zu spezifizieren; oft wird der Begriff durch ältere „ Normalzustände “ oder „NC“ ersetzt. Dies kann in besonderen Fällen zu Verwechslungen und Fehlern führen. Gute Praxis schließt immer die Referenzbedingungen von Temperatur und Druck ein. Wenn nicht anders angegeben, werden einige Raumumgebungsbedingungen angenommen, nahe 1 atm Druck, 293 K (20 °C) und 0% Luftfeuchtigkeit.

Definitionen

Frühere Verwendungen

Vor 1918 definierten viele Fachleute und Wissenschaftler, die das metrische Einheitensystem verwendeten, die Standardreferenzbedingungen für Temperatur und Druck zum Ausdrücken von Gasvolumina als 15 °C (288,15 K; 59,00 °F) und 101,325  kPa (1,00  atm ; 760  Torr ). In denselben Jahren waren die am häufigsten verwendeten Standard-Referenzbedingungen für Personen, die die kaiserlichen oder US-üblichen Systeme verwendeten, 60 °F (15,56 °C; 288,71 K) und 14,696  psi (1 atm), da es fast universell vom Öl verwendet wurde und Gasindustrie weltweit. Die obigen Definitionen sind nicht mehr die am häufigsten verwendeten in beiden Einheitensystemen.

Derzeitiger Gebrauch

Viele verschiedene Definitionen von Standardreferenzbedingungen werden derzeit von Organisationen auf der ganzen Welt verwendet. Die folgende Tabelle listet einige von ihnen auf, aber es gibt noch mehr. Einige dieser Organisationen verwendeten in der Vergangenheit andere Standards. Beispielsweise definiert die IUPAC seit 1982 als Standardreferenzbedingungen 0 °C und 100 kPa (1 bar), im Gegensatz zu ihrem alten Standard von 0 °C und 101,325 kPa (1 atm). Der neue Wert ist der mittlere Luftdruck in einer Höhe von etwa 112 Metern, der näher an der weltweiten mittleren Höhe der menschlichen Besiedlung (194 m) liegt.

Erdgasunternehmen in Europa, Australien und Südamerika haben 15 °C (59 °F) und 101,325 kPa (14,696 psi) als Referenzbedingungen für das Standardgasvolumen angenommen , die als Basiswerte für die Definition des Standardkubikmeters verwendet werden . Auch die International Organization for Standardization (ISO), die United States Environmental Protection Agency (EPA) und das National Institute of Standards and Technology (NIST) haben in ihren verschiedenen Normen und Vorschriften jeweils mehr als eine Definition von Standardreferenzbedingungen.

Standard-Referenzbedingungen im aktuellen Einsatz
Temperatur Druck Relative
Luftfeuchtigkeit

(%)
Veröffentlichung oder Gründung einer Einrichtung
°C °F kPa mmHg psi inHg
0 32 100.000 750,06 14.5038 29.530   IUPAC (STP) seit 1982
0 32 101.325 760,00 14.6959 29,921   NIST , ISO 10780, ehemals IUPAC (STP) bis 1982
fünfzehn 59 101.325 760,00 14.6959 29,921 0 ICAO ‚s ISA , ISO 13443, EEA , egia (SI Definition)
20 68 101.325 760,00 14.6959 29,921   EPA , NIST . Dies wird auch als NTP, normale Temperatur und Druck bezeichnet.
22 71,6 101.325 760,00 14.6959 29,921 20–80 American Association of Physicists in Medicine
25 77 100.000 750,06 14.5038 29.530   IUPAC (SATP)
25 77 101.325 760,00 14.6959 29,921   EPA
20 68 100.000 750,06 14.5038 29.530 0 CAGI
fünfzehn 59 100.000 750,06 14.5038 29.530   SPE
20 68 101,3 760 14.69 29,9 50 ISO 5011
20 68 101,33 760.0 14.696 29.92 0 GOST 2939-63
15.56 60 101,33 760.0 14.696 29.92   SPE, US- OSHA , SCAQMD
15.56 60 101,6 762 14.73 30,0   EGIA (Kaiserliche Systemdefinition)
15.56 60 101,35 760.21 14,7 29.93   US-PUNKT (SCF)
fünfzehn 59 99,99 750,0 14.503 29.53 78 US Army Standard Metro
fünfzehn 59 101,33 760.0 14.696 29.92 60 ISO 2314, ISO 3977-2
21.11 70 101,3 760 14.70 29.92 0 AMCA , Luftdichte = 0,075 lbm/ft 3 . Dieser AMCA-Standard gilt nur für Luft;
Compressed Gas Association [CGA] gilt für den Einsatz von Industriegas in den USA
fünfzehn 59 101,3 760 14.70 29.92   Bundesluftfahrtbehörde (FAA)
20 68 101.325 760,00 14.6959 29,921 0 EN 14511-1:2013
fünfzehn 59 101.325 760,00 14.6959 29,921 0 ISO 2533: 1975 ISO 13443: 2005, ISO 7504: 2015
0 32 101.325 760,00 14.6959 29,921 0 DIN 1343:1990

Abkürzungen:

  • EGIA: Elektrizitäts- und Gasinspektionsgesetz (von Kanada)
  • SATP: Standard-Umgebungstemperatur und -druck
  • SCF: Standardkubischer Fuß

Internationale Standardatmosphäre

In der Luft- und Strömungstechnik ist die „ International Standard Atmosphere “ (ISA) eine Spezifikation von Druck, Temperatur, Dichte und Schallgeschwindigkeit in jeder Höhe. Die Internationale Standardatmosphäre ist repräsentativ für atmosphärische Bedingungen in mittleren Breiten. In den USA wird diese Information als US Standard Atmosphere angegeben, die in allen Höhen bis 65.000 Fuß über dem Meeresspiegel mit der "International Standard Atmosphere" identisch ist.

Standard-Laborbedingungen

Da sich viele Definitionen von Standardtemperatur und -druck in der Temperatur deutlich von Standardlabortemperaturen unterscheiden (z. B. 0 °C vs "Standardbedingungen für Temperatur und Druck", trotz seiner semantisch nahen Identität, wenn wörtlich interpretiert). Was jedoch eine "Standard" -Labortemperatur und -druck ist, ist zwangsläufig geografisch gebunden, da sich verschiedene Teile der Welt in Bezug auf Klima, Höhe und den Grad der Wärme-/Kühlung am Arbeitsplatz unterscheiden. Beispielsweise verwenden Schulen in New South Wales , Australien , 25 °C bei 100 kPa für Standardlaborbedingungen. ASTM International hat den Standard ASTM E41 – Terminology Relating to Conditioning und Hunderte von Sonderbedingungen für bestimmte Materialien und Testmethoden veröffentlicht . Auch andere Normungsorganisationen haben spezielle Normprüfbedingungen.

Molvolumen eines Gases

Die Angabe der anwendbaren Referenzbedingungen Temperatur und Druck ist bei der Angabe des Molvolumens eines Gases ebenso wichtig wie bei der Angabe eines Gasvolumens oder Volumenstroms. Die Angabe des molaren Volumens eines Gases ohne Angabe der Referenzbedingungen von Temperatur und Druck hat sehr wenig Bedeutung und kann zu Verwirrung führen.

Das molare Volumen von Gasen um STP herum und bei Atmosphärendruck kann mit einer Genauigkeit berechnet werden, die normalerweise ausreicht, indem man das ideale Gasgesetz verwendet . Das Molvolumen jedes idealen Gases kann unter verschiedenen Standard-Referenzbedingungen wie unten gezeigt berechnet werden:

  • V m = 8,3145 × 273,15 / 101,325 = 22,414  dm 3 /mol bei 0 °C und 101,325 kPa
  • V m = 8,3145 × 273,15 / 100.000 = 22.711 dm 3 /mol bei 0 °C und 100 kPa
  • V m = 8,3145 × 298,15 / 101,325 = 24,466 dm 3 /mol bei 25 °C und 101,325 kPa
  • V m = 8,3145 × 298,15 / 100.000 = 24,790 dm 3 /mol bei 25 °C und 100 kPa
  • V m = 10,7316 × 519,67 / 14,696 = 379,48 Fuß 3 /lbmol bei 60 °F und 14,696 psi (oder etwa 0,8366 Fuß 3 / Grammmol )
  • V m = 10,7316 × 519,67 / 14,730 = 378,61 ft 3 /lbmol bei 60 °F und 14,73 psi

Die Fachliteratur kann verwirrend sein, weil viele Autoren nicht erklären, ob sie die ideale Gaskonstante R oder die spezifische Gaskonstante R s verwenden . Die Beziehung zwischen den beiden Konstanten ist R s = R / m , wobei m die Molekülmasse des Gases ist.

Die US-Standardatmosphäre (USSA) verwendet 8,31432 m 3 ·Pa/(mol·K) als Wert von R . Die USSA 1976 erkennt jedoch an, dass dieser Wert nicht mit den Werten der Avogadro-Konstante und der Boltzmann-Konstante übereinstimmt.

Siehe auch

Erläuternder Vermerk

Verweise

Externe Links