Tableau des états standard [Objectifs, vocabulaire et définitions]

Tableau des états standard

Le tableau ci-dessous explique comment comment calculer l'activité d'un constituant i suivant sa nature et son état physique.

Nature et état physique du constituant i	Description de l'état standard	Expression de l'activité correspondante.
phase^[1] solide : solide pur	solide pur	a = 1
phase solide : solution solide d'un constituant i.	solide i pur	ai = activité du constituant i = fraction molaire^[2] de i dans la solution solide.
phase gaz : gaz parfait^[3] pur	gaz sous la pression^[4] p° = 1 bar	a = p / p°
phase gaz : gaz parfait i dans un mélange de gaz	gaz i sous la pression partielle^[5] p° = 1 bar	ai = pi / p° où pi = pression partielle du gaz i dans le mélange gazeux.
phase gaz : gaz réel^[3] pur	gaz sous la pression p° = 1 bar	a = f / f° où f représente la fugacité du gaz réel et f° celle du gaz dans son état standard.
phase gaz : gaz réel i dans un mélange de gaz	gaz i sous la pression partielle p° = 1 bar	ai = fi / f° où fi représente la fugacité du gaz réel i dans le mélange gazeux et f° celle du gaz dans son état standard.
phase liquide : liquide pur	liquide pur	a = 1
phase liquide : liquide i constituant d'un mélange homogène^[6] idéal.	liquide i pur	ai = fraction molaire^[2] de i dans le mélange liquide.
phase^[1] liquide : solution diluée dont le constituant i est le solvant.	liquide i pur	ai = 1
phase liquide : solution diluée idéale dont le constituant i est l'un des solutés.	solution de i à la concentration^[7] c° = 1 mol/L	ai = ci/c° où ci = concentration de i (en mol/L) dans la solution idéale.
phase liquide : solution diluée réelle dont le constituant i est l'un des solutés.	solution de i à la concentration c° = 1 mol/L	ai = fonction complexe de la concentration faisant intervenir un coefficient d'activité γi .

Remarque :

L'état standard n'est pas défini à une température particulière ; il conviendra donc de préciser cette température lorsque nous utiliserons des données 'standard'.
En première approximation, il est souvent possible de considérer les gaz comme parfaits et les solutions comme idéales.
On confond fréquemment la pression de 1 bar et celle de 1 atm. Rappelons qu'1 atm = 1,013.10⁵ Pa = 1,013 bar.

Notes

hétérogène et homogène (système), phase
un système est homogène si toutes ses propriétés intensives (température, pression, masse volumique, etc....) sont identiques en tous ses points. Si ce n'est pas le cas, c'est un système hétérogène.
Par exemple tous les mélanges gazeux constituent des systèmes homogènes.
Chaque système homogène constitue une seule phase. (système monophasé)
Un système hétérogène comprend donc obligatoirement au moins deux phases. (système diphasé, triphasé etc...)
Fraction molaire
Dans un mélange homogène , la fraction molaire\( \mathrm{x_i}\) d'un constituant i du mélange est définie comme le rapport de la quantité de matière ni de ce constituant à la quantité de matière totale des constituants du mélange.
On note la fraction molaire avec la lettre x :
\(\mathrm{x_i=\frac{n_i}{\sum n_i}}\)
gaz parfait
La caractéristique principale d'un gaz parfait est d'occuper à une pression et à une température donnée un volume indépendant de sa nature chimique.
Pour tout gaz parfait, il existe en effet une relation simple entre la pression p, le volume V, la quantité de matière n et la température T appelée équation d'état ou loi des gaz parfaits :
p.V = n.R.T
Cette relation n'est valable que pour les pressions relativement faibles et les températures voisines ou inférieures à la température ambiante. Aux pressions élevées, cette relation n'est plus vérifiée et le gaz se comporte comme un gaz réel, voire même comme un liquide (état super fluide).
pression
C'est une force F exercée sur une surface S : la pression est alors définie comme le rapport \(\mathrm{p = \frac{F}{S}}\).
L'unité de pression dans le système international d'unités (SI) est le Pa (Pascal) : \(\mathrm{1 Pa = 1~ N.m^{-2}}\).
D'autres unités sont fréquemment utilisées :
le bar :\( \mathrm{1 bar = 10^{5}~ Pa}\), 1 bar est la pression de référence pour définir l'état standard des gaz.
l'atmosphère : \(\mathrm{1 atm = 1,01325 ~10^5 ~Pa}\) , l'atmosphère est une ancienne unité de pression.
le torr ou mm de mercure (mm Hg) : 1 torr = 145,2 Pa (1 atm = 760 mm Hg)
La pression de n mol de gaz parfait contenu dans un système de volume connu à une température déterminée se calcule en exploitant la loi des gaz parfaits.
pression partielle
Dans un mélange gazeux, la pression partielle de l'un des constituants présents est la pression qu'exercerait ce gaz s'il occupait seul tout le volume du système.
La somme des pressions partielles \(\mathrm{p_i}\) de tous les constituants est égale à la pression totale \(\mathrm{p_t : p_t = \sum p_i}\)
La connaissance de la pression partielle d'un gaz est indispensable au calcul de l'activité de ce gaz.
homogène
hétérogène et homogène (phase) : un système est homogène si toutes ses propriétés intensives (température, pression, masse volumique, etc....) sont identiques en tous ses points. Si ce n'est pas le cas, c'est un système hétérogène.
Par exemple tous les mélanges gazeux constituent des systèmes homogènes.
Chaque système homogène constitue une seule phase. (système monophasé)
Un système hétérogène comprend donc obligatoirement plusieurs phases. (système diphasé, triphasé etc...)
Concentration
On définit la concentration d'une espèce chimique i dans un système homogène de volume V comme le rapport de la quantité de matière de i contenue dans le système sur le volume V :
\(\mathrm{c_i = n_i / V}\)
La concentration est alors une concentration molaire. Dans le système international d'unité elle s'exprime en \(\mathrm{mol.m^{-3}}\).
Les chimistes préfèrent utiliser la \(\mathrm{mol.dm^{-3}}\) ou \(\mathrm{mol.L^{-1}}\) .
La concentration d'un soluté à l'état standard est \(\mathrm{c° = 1~mol.L^{-1}}\).