标准状况

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標準溫度與壓力(英語:standard temperature and pressure,簡稱STP),或稱標準狀況,是一組用於實驗測量的標準化環境設定,目的在於讓不同數據間具有可比性。目前最常採用的標準來自國際純化學和應用化學聯合會(IUPAC)與國家標準技術研究所(NIST),但這些標準尚未獲得全球一致認可。其他機構也各自制定了不同的標準定義。

在工業與商業應用中,標準溫壓條件對於氣體與液體體積的表示,以及相關數據如體積流率的表達,至關重要,因為氣體體積會隨溫度與壓力而顯著變化。例如常見的單位包括:標準立方公尺每秒(Sm³/s)與常態立方公尺每秒(Nm³/s)。

許多技術性出版物(如書籍、學術期刊、機械設備廣告)常簡略地標示「標準狀況」,而未明確說明其實際定義;有時甚至以舊用語「常態條件」(normal conditions,簡稱NC)取代。這樣的模糊用法在某些情況下容易引發誤解與錯誤。較為嚴謹的做法,是明確標示所採用的溫壓參考條件。若未特別說明,則通常預設為近似室溫環境:約1個大氣壓、273.15 K(0°C)、以及0%的相對濕度。

定義

在化學領域,IUPAC於1982年修訂了其對標準溫度與壓力的定義[1][2]

  • 1982年以前,STP指的是溫度273.15 K(0 °C;32 °F)與絕對壓力atm(101.325 kPa)。
  • 自1982年起,STP變更定義為溫度273.15 K(0 °C;32 °F)與絕對壓力1 bar(100 kPa;100,000 Pa)。

NIST所採用的標準則為溫度20 °C(293.15 K;68.00 °F)與絕對壓力1 atm(14.696 psi,101.325 kPa)[3],這套標準也稱為常態溫度與壓力(normal temperature and pressure,簡稱NTP)。不過,NIST在熱力學實驗中常使用的狀況則是溫度298.15 K(25°C,77°F)與壓力1 bar(14.5038 psi,100 kPa)[4][5]。此外,NIST在針對精煉石油產品進行溫度補償時,使用的標準溫度為15°C(288.15 K,59°F),儘管該機構也指出這兩個標準值彼此並不完全一致[6]

根據ISO 13443,天然氣與類似流體的標準參考狀況為288.15 K(15.00 °C;59.00 °F)與101.325 kPa[7];相較之下,美國石油學會採用的狀況為60 °F(15.56 °C;288.71 K)[8]

過去

1918年以前,許多採用公制單位系統的專業人士與科學家,將氣體體積的標準參考條件設為15 °C(288.15 K;59.00 °F)與壓力101.325 kPa(1.00 atm;760 Torr)。同一時期,採用英制或美制系統的人們,最常使用的標準條件則是60 °F(15.56 °C;288.71 K)與14.696 psi(1 atm),這套標準幾乎被全球石油與天然氣產業一致採納。上述這些定義現今已不再是兩種單位系統中最普遍使用的標準[9]

現今用法

目前世界各地的機構對標準狀況的定義並不一致,使用的版本各式各樣。以下表格僅列出部分例子,實際上還有更多。有些機構在過去使用的是不同的標準。舉例來說,IUPAC自1982年起將標準參考條件定為0°C與100 kPa(1.0 bar),與其早期所採用的0°C與101.325 kPa(1.00000 atm)有所不同[2]。新標準對應的壓力大約為海拔112公尺的平均大氣壓,更接近全球人類居住地的中位海拔(194公尺)[10]

歐洲、澳洲與南美的天然氣企業,普遍採用15 °C(59 °F)與101.325 kPa(14.696 psi)作為氣體體積的標準參考條件,並將其作為「標準立方公尺」(standard cubic meter)的基準[11][12][13]。此外,國際標準化組織美國環境保護署國家標準與技術研究院等機構,在其不同的標準與法規中,也各自採用了不止一種標準參考條件。

更多信息 溫度, 絕對壓力 ...
标准状况參考條件
溫度 絕對壓力 相对湿度 出版或創立者
°C kPa % RH
0 100.000   IUPAC(1982年之后正在使用的定義)
0 101.325   IUPAC(1982年以前使用的定義)NIST[14], ISO 10780[15]
15 101.325 0[16][7] ICAO's ISA[16]ISO 13443,[7] EEA[17] EGIA[18]
20 101.325   EPA[19] NIST[20]
25 101.325   EPA[21]
25 100.000   SATP[22]
20 100.000 0 CAGI[23]
15 100.000   SPE[24]
°F psi % RH
60 14.696   SPE,[24] U.S. OSHA[25] SCAQMD[26]
60 14.73   EGIA,[18] OPEC[27] U.S. EIA[28]
59 14.503 78 U.S. Army Standard Metro[29][30]
59 14.696 60 ISO 2314, ISO 3977-2[31]
°F in Hg % RH
70 29.92 0 AMCA[32][33] air density = 0.075 lbm/ft³. This AMCA standard applies only to air.
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注釋:

  • EGIA:加拿大电力和燃气检验法
  • SATP:标准的环境压力和温度
  • SCAQMD:加州南海岸空气质量管理区

气体摩尔体积

当表示气体的摩尔体积时,要指明适用的温度和压力条件。 在不指明温度和压力条件的情况下,说明气体的摩尔体积几乎没有意义并且可能引起混淆。

通过使用理想气体定律,可以计算在标准状况下的气体摩尔体积。 任何理想气体的摩尔体积可以在各种标准参考条件下计算,如下所示:

  • Vm = 8.3145 × 273.15 / 101.325 = 22.414 dm3/mol (在 0 °C 和 101.325 kPa 下)
  • Vm = 8.3145 × 273.15 / 100.000 = 22.711 dm3/mol (在 0 °C 和 100 kPa 下)
  • Vm = 8.3145 × 298.15 / 101.325 = 24.466 dm3/mol (在25 °C 和 101.325 kPa 下)
  • Vm = 8.3145 × 298.15 / 100.000 = 24.790 dm3/mol (在25 °C 和 100 kPa 下)
  • Vm = 10.7316 × 519.67 / 14.730 = 378.61 ft3/lbmol (在60 °F 和 14.73 psi 下)

参看

參考資料

外部連結

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