Standardbedingungen

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Standardbedingungen

Der Ausdruck „Standardbedingungen“ wird in technischen und naturwissenschaftlichen Fachbereichen verwendet und hat grundsätzlich zwei Bedeutungen:

  • In der Gasmengenmessung zur Definition von Gasvolumen und Gasvolumenströmen
  • In der Chemie, Biologie, Medizin und Prozesstechnik (dieser Artikel) zur Definition von einzuhaltenden Prozessbedingungen, um das Ergebnis oder Verhalten eines Prozesses mit einem anderen vergleichen zu können.

Definitionen

Normbedingungen

Die Normbedingungen, auch als Normalbedingungen oder STP (vom englischen Begriff Standard Temperature and Pressure) bezeichnet, sind nach DIN 1343:[1][2]

  • Temperatur $ T_n $ = 273,15 K entsprechend 0 °C und
  • Druck $ p_n $ = 101325 Pa = 101325 N/ = 1013,25 hPa = 101,325 kPa = 1,01325 bar = 0,101325 MPa ( = 1 atm)

Chemische Standardbedingungen

In der Chemie werden nach Festlegung durch die IUPAC aus dem Jahre 1982[3][4] definiert:

  • Temperatur $ T_\mathrm{n} $ = 273,15 K (0 °C) bei Gasen und
  • Druck $ p_\mathrm{n} $ = 100000 Pa = 100000 N/m² = 1000 hPa = 100 kPa = 1 bar

Hier wird also ein etwas geringerer Druck als bei den Normbedingungen festgelegt.

Während die Normbedingungen als Bezugsgrößen verwendet werden, von denen ausgehend man umrechnet, werden Standardbedingungen oft verwendet, um Umrechnungen vermeiden zu können. In diesem Sinn ist die IUPAC-Festlegung auf exakt 1 bar moderner und wird insbesondere für die Angabe thermodynamischer Stoffeigenschaften bevorzugt. Für die Angabe einer Gasmenge im Handel gilt in Deutschland die DIN-Variante, siehe Normkubikmeter.

Weitere Definitionen

In naturwissenschaftlichen Labors sollen zur weltweiten Vergleichbarkeit Meßdaten unter "Normalbedingungen" registriert werden. Als physikalisch-chemische Bezugstemperatur gilt 20 °C bei Dichte-, Drehwert- und Brechungsindexmessungen. Brechungsindices werden durchweg mit der NaD-Linie (589 nm) als Lichtquelle gemessen. Als Bezugsluftdruck bei Siedepunktsangaben verwendet man 760 Torr (1013 mbar).

Elektrochemie

In der Elektrochemie bezieht man sich bei der Angabe des Standard-Redoxpotentials auf die Standardbedingung, dass alle beteiligten Stoffe eine Aktivität von 1 besitzen. Bei sehr verdünnten Lösungen ist die Aktivität ungefähr gleich der Konzentration; in diesem Fall ist der Standardzustand eines Stoffes in Lösung gleich 1 mol/L. In saurer Lösung bezieht man Potentiale auf das Potential von H3O+-Ionen, in basischer Lösung auf das von OH--Ionen.

Im Gegensatz dazu werden in der Biochemie oft Angaben gemacht, die sich auf die Standardbedingung „pH 7“ beziehen.

Sonstige

Weitere verbreitete Druck-/Temperaturbedingungen:

  • SATP-Bedingungen („Standard Ambient Temperature and Pressure“)
T = 298,15 K entsprechend 25 °C und
p = 101.300 Pa = 1013 hPa = 101,3 kPa = 1,013 bar

In der Medizin und Physiologie (insbesondere der Atmungsphysiologie) unterscheidet man folgende Bedingungen:[5]

  • STPD-Bedingungen („standard temperature, pressure, dry“):
T = 273,15 K (0 °C), p = 101 kPa, Wasserdampfpartialdruck p(H2O) = 0 kPa
  • BTPS-Bedingungen („body temperature, pressure, saturated“):
T = 310,15 K (37 °C), p tatsächlicher Luftdruck, Wasserdampfpartialdruck p(H2O) = 6,25 kPa (Wasserdampfsättigung bei 37 °C)
  • ATPS-Bedingungen („ambient temperature, pressure, saturated“):
die tatsächlichen Messbedingungen außerhalb des Körpers: T Zimmertemperatur, p Luftdruck, p(H2O) Wasserdampfsättigung

In der Luftfahrt wird die International Standard Atmosphere (ISA) definiert als 15 °C, 1013,25 hPa (29,92 inHg) auf Meereshöhe mit weiteren Standardwerten für Temperatur- und Druckänderungen mit zunehmender Höhe.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. DIN 1343 „Referenzzustand, Normzustand, Normvolumen; Begriffe, Werte“, Ausgabe Januar 1990.
  2. Kommentierung der DIN 1343 durch VDI 1963
  3.  Eintrag: standard conditions for gases. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.S05910 (Version: 2.3.1).
  4.  Eintrag: standard pressure. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.S05921 (Version: 2.3.1).
  5. Schmidt; Lang: Physiologie des Menschen. 30. Aufl. Heidelberg 2007