标准态

标准态是在热力学中为描述物质性质而按约定选取的参考状态。它规定了物质参考性质的定义方式，包括物态、压强，以及适用时的组成和理想化行为。标准态可以是假想状态，不一定能在实验中实现。其目的是为比较热力学数据和计算化学反应所伴随的变化提供一致的基础。气体、纯凝聚态物质和溶解的溶质各有不同的标准态定义。(old.goldbook.iupac.org)

压强、温度与符号

推荐的标准压强为

p^\circ=10^5\ \mathrm{Pa}=1\ \mathrm{bar}.

这里，压强以帕斯卡表示，帕斯卡是国际单位制中的压强单位。IUPAC 于 1982 年推荐采用这一数值；在此之前，通常采用 $101\,325\ \mathrm{Pa}$ ，即一个标准大气压。因此，较早的热力学数据表可能采用不同的参考压强。(goldbook.iupac.org)

标准态并不意味着固定的温度。标准热力学量是在指定温度下定义的，也可以在不同温度下求取。许多数据表采用 $298.15\ \mathrm{K}$ ，即 $25\,^\circ\mathrm{C}$ ，但这一温度并不是标准态定义的固有部分。给出数值数据时，应同时注明温度和所采用的标准态约定。标准量用上标圆圈或标准态符号 $⦵$ 标识，例如标准焓 $H^\circ$ 和标准熵 $S^\circ$ 。(publications.iupac.org)

不同物质的标准态定义

气体。 标准态是处于标准压强、具有理想气体行为的假想纯气体状态。它不一定是实际气体在一巴压强下的真实状态。即使分子间相互作用使实际气体表现出可测量的非理想性，参考状态仍由理想气体行为定义。(old.goldbook.iupac.org)

纯液体和固体。 标准态是纯物质在标准压强下处于指定液相或固相的状态。必须明确物相，因为液态和固态具有不同的参考性质。对于采用纯物质标准态约定的组分，即使该组分存在于混合物中，也可以使用同一参考状态。(old.goldbook.iupac.org)

溶质。 通常采用的标准态是一种假想状态：溶质具有指定的标准浓度或质量摩尔浓度，同时保持无限稀释时的行为特征。常见选择是标准物质的量浓度 $1\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}$ ，或标准质量摩尔浓度 $1\ \mathrm{mol\,kg^{-1}}$ 。后者表示单位质量溶剂中溶质的物质的量。采用这样的参考状态，并不意味着实际溶液在上述任一浓度下是理想溶液。所用溶剂和浓度标度也是标准态规定的一部分。(old.goldbook.iupac.org)

化学势与活度

标准态通过组分 $i$ 的化学势 $\mu_i$ 和热力学活度 $a_i$ 进入计算：

\mu_i=\mu_i^\circ+RT\ln a_i.

其中， $\mu_i^\circ$ 为标准化学势， $R$ 为摩尔气体常数， $T$ 为绝对温度。活度是无量纲量；根据该式，当化学势等于其标准值时， $a_i=1$ 。活度和标准化学势都取决于所采用的约定。(goldbook.iupac.org)

对于采用理想气体标准态的气体，

a_i=\frac{f_i}{p^\circ},

其中， $f_i$ 为其逸度。在理想气体混合物中，逸度等于分压，因此 $a_i=p_i/p^\circ$ 。对于采用质量摩尔浓度标度的溶质，

a_i=\gamma_i\frac{m_i}{m^\circ},

其中， $\gamma_i$ 为活度系数。按照无限稀释约定，当溶液趋于无限稀释时，该系数趋于 1。(mail.goldbook.iupac.org)

改变标准态，会改变化学势在数值上分配给 $\mu_i^\circ$ 和 $RT\ln a_i$ 两项的方式，但不会改变实际的化学势。因此，活度与表列标准量必须采用相容的约定。(goldbook.iupac.org)

反应量与平衡

对于化学计量学系数为 $\nu_i$ 的反应，产物的系数取正值，反应物的系数取负值，其标准反应吉布斯自由能为

\Delta_{\mathrm r}G^\circ=\sum_i\nu_i\mu_i^\circ.

实际组成下的反应吉布斯自由能为

\Delta_{\mathrm r}G =\Delta_{\mathrm r}G^\circ+RT\ln Q, \qquad Q=\prod_i a_i^{\nu_i},

其中， $Q$ 为反应商。标准量对应的是参与反应的各物质的参考状态，而不是它们在反应混合物中的实际浓度或压强。(media.iupac.org)

达到化学平衡时， $\Delta_{\mathrm r}G=0$ ，因此

\Delta_{\mathrm r}G^\circ=-RT\ln K^\circ.

热力学平衡常数 $K^\circ$ 由活度构成，因此是无量纲量。标准反应吉布斯自由能为负时，对应 $K^\circ>1$ ；不过，特定混合物中的反应变化方向仍取决于其反应商。(goldbook.iupac.org)

压强、温度与符号

不同物质的标准态定义

化学势与活度

反应量与平衡

相关的参考状态约定