標準状態 標準状態の概要

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標準状態

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/09/12 01:35 UTC 版)

一般的には気体の標準状態のことを指すことが多く、圧力と温度を指定することで示される。科学の分野により、また学会、国際規格団体によって、その定義は様々であり混乱が見られる。このため、日本熱測定学会は統一した値として、地球の大気の標準的な圧力である標準大気圧（1 atm = 101325 Pa）を用いるべきであると主張し啓蒙活動を展開している。

標準圧力

指定される圧力は、標準圧力（英: standard pressure）と呼ばれる。しばしば標準圧力であることを示すために記号 ° を付けて p° と書かれる。どのような圧力を p° に指定してもよいので、どのような圧力を p° に指定したのかは明示されなければならない。

標準圧力の設定として主なものが二種類ある。一つは、歴史的に用いられてきた、標準大気圧（英: standard atmosphere）

$p^{\circ }:=1\ {\text{atm}}=101\ 325\ {\text{Pa}}$

であり、もう一つは1982年にIUPACが推奨した

$p^{\circ }:=10^{5}\ {\text{Pa}}$

である。10⁵ Paは、標準状態圧力（英: standard-state pressure, SSP）と呼ばれる。ただし、1982年以前は標準大気圧 101 325 Pa がSSPであった。SSPとは、後述する「物質の標準状態」を規定する際に用いられる圧力であって、他の標準圧力の使用を妨げるものではない。例えばデータベースに収録されている物質の沸点は大抵の場合、標準大気圧下の沸点（normal boiling point）である。

1960年の国際単位系（SI）の採択を経て、IUPACでも1969年にGreen bookを出版してSIへの転換とした。その後1970年代のGreen book改訂の際に標準気圧が非SIになるとして、SSPの慣習的な1 atmから10⁵ Paへの変更が主張され、IUPACの推奨はこの主張に沿って行われた。20年以上（2004年当時）を経過してもIUPACの推奨はしばしば無視されており、化学熱力学のデータベースに二種類の設定があることで混乱が見られる。種々の物理定数の推奨値を発表しているCODATAはIUPACの推奨に沿って後者をSSPとしているが、標準圧力の設定に依存する理想気体のモル体積やサッカー・テトロード定数などは、10⁵ Pa および 101 325 Pa の両方の標準圧力に基づく値で発表している。

IUPACによるSSPの変更の推奨は単位の変更に伴うものとして行われたが、標準状態とは（仮想的な）測定条件であり、基準とする量の選び方であって、単位の選び方ではない。物理学の理論は単位の選び方には依らないが、例えば標準生成エンタルピーは標準状態の設定に依存してその量が変化する（単位の変更による数値の変化ではない）。そもそも、10⁵ PaはSIに沿った一貫性のある単位ではないことに注意。

温度と圧力の標準条件

基準とする温度には 25 °C か 0 °C が選ばれることが多い。呼び名のある温度と圧力の標準条件としては、SATPとSTPとNTPが挙げられる。

SATP

基準の温度を25 °C（298.15 K）、標準圧力を 10⁵ Pa とするものがSATP（標準環境温度と圧力、英: standard ambient temperature and pressure）と定義される。

STP（1990年頃以降）

基準の温度を0 °C（273.15 K）、標準圧力を 10⁵ Pa とするものがSTP（標準温度と圧力、英: standard temperature and pressure）と定義される。1990年頃より前のSTPはNTPと同じである。

NTP

基準の温度を0 °C（273.15 K）、標準圧力を 101 325 Pa とするものがNTP（標準温度と圧力、英: normal temperature and pressure）と定義される。NTPは1990年頃より前のSTPと同じである。

気体の標準状態としてどの条件が使われるかは、地域や分野により異なる。『アトキンス物理化学要論』によれば2016年現在、主に 25 °C、10⁵ Pa のSATPが使われるが、0 °C、1 atm のSTPは、今でも使われている。一方『ボール物理化学』によれば、0 °C、10⁵ Pa のSTPが最もふつうの一組である。日本では、単に標準状態といえば 0 °C、1 atm のNTPを指すことが多い。