標準温度と圧力

標準温度・圧力（STP）、あるいは温度・圧力の標準状態とは、異なるデータセット間の比較を可能にするために用いられる、実験測定における様々な標準条件のセットです。最もよく用いられる標準は、国際純正応用化学連合（IUPAC）と米国国立標準技術研究所（NIST）のものですが、これらは普遍的に受け入れられているわけではありません。他の組織では、様々な定義が確立されています。

産業や商業では、気体や液体の体積や、体積流量（気体の体積は温度と圧力によって大きく変化する）などの関連量を表わすために、標準立方メートル/秒（Sm 3 /s）や標準立方メートル/秒（Nm 3 /s）などの温度と圧力の標準状態が必要になることがよくあります。

多くの技術出版物（書籍、雑誌、機器や機械の広告など）では、「標準状態」と明記されているだけで、具体的な条件は明示されていません。多くの場合、この用語は古い「通常状態」、つまり「NC」に置き換えられています。特定のケースでは、これが混乱や誤りにつながる可能性があります。適切な実践では、常に温度と圧力の基準条件を組み込んでいます。特に明記されていない場合は、 1気圧、25℃（77.00°F）、湿度0%に近い室内環境条件が想定されます。

定義

主な定義

化学においては、IUPACは1982年に標準温度と標準圧力の定義を変更した。[ 1 ] [ 2 ]

  • 1982 年まで、STP は温度273.15  K (0.00  °C、32.00  °F )、絶対圧力1  atm (101.325  kPa ) と定義されていました。
  • 1982 年以来、STP は温度 273.15 K (0.00 °C、32.00 °F)、絶対圧力 1  bar (100.000 kPa) として定義されています。

IUPACはまた、SATP（標準周囲温度・圧力）を298.15 K（25.00  °C、77.00  °F ）の温度 と1 atm（101.325 kPa）の絶対圧力と定義しています。[ 3 ]

NISTは、温度20℃（293.15 K; 68.00 °F）と絶対圧力1 atm（101.325 kPa）を使用しています。[ 4 ]この標準は、標準温度・圧力（NTPと略される）とも呼ばれます。しかし、NISTが熱力学実験で一般的に使用する温度と圧力は、298.15 K（25.00 °C; 77.00 °F）と1 bar（100.000 kPa）です。[ 5 ] [ 6 ] NISTは、精製石油製品 の温度補償に15℃（288.15 K; 59.00 °F）を使用していますが、これら2つの値は完全に一致していないことに注意しています。[ 7 ]

ISO 13443の天然ガスおよび類似流体の標準条件は、288.15 K（15.00 °C、59.00 °F）および1 atm（101.325 kPa）である。[ 8 ] 対照的に、アメリカ石油協会は60 °F（15.56 °C、288.71 K）を採用している。[ 9 ]

過去の用途

1918年以前、メートル法を用いる多くの専門家や科学者は、ガスの体積を表すための温度と圧力の標準的な基準条件を15  °C（288.15  K、59.00  °F）および101.325  kPa（1.00  atm、760  Torr）と定義していました。同時期に、ヤードポンド法または米国慣用単位を用いる人々にとって最も一般的に用いられた標準的な基準条件は、60 °F（15.56 °C、288.71 K）および14.696 psi（1.00 atm）でした。これは、世界中の石油・ガス産業でほぼ普遍的に使用されていたためです。上記の定義は、現在ではどちらの単位系においても最も一般的に用いられていません。[ 10 ]

現在の使用

現在、世界中の組織によって様々な標準参照条件の定義が用いられています。以下の表はそのうちのいくつかを示していますが、他にも多くの定義が存在します。これらの組織の中には、過去には別の基準を用いていたものもありました。例えば、IUPACの新しい値[ 2 ]は、高度約112メートルにおける平均大気圧であり、これは世界の人間の居住地高度の中央値（194メートル）[ 11 ]に近い値です。また、メートル法に準拠しています（パスカルはメートル法の単位ですが、気圧はメートル法ではありません）。

ヨーロッパ、オーストラリア、南米の天然ガス会社は、15  ℃（288.15  K、59.00  °F）および1  atm（101.325  kPa）を標準ガス容積基準条件として採用しており、標準立方メートルを定義するための基本値として使用されています。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]また、国際標準化機構（ISO）、米国環境保護庁（EPA）、および米国国立標準技術研究所（NIST）はそれぞれ、さまざまな規格や規制の中で標準基準条件を複数定義しています。

比較表

現在使用されている標準的な参照条件
温度プレッシャー湿度出版または設立団体
°C°FkPammHgサイインチHg%
 
0 3210万 750.06 14.5038 29.530 IUPAC（STP）1982年以来[ 1 ]
0 32101.325 760.00 14.6959 29.921 NIST、[ 15 ] ISO 10780、[ 16 ] 1982年まではIUPAC（STP）[ 1 ]
15 59101.325 760.00 14.6959 29.921 0ICAOのISA、[ 17 ] ISO 13443、[ 8 ] EEA、[ 18 ] EGIA [ a ] (SI 定義) [ 19 ]、大気密度 1.225 kg/m3
20 68101.325 760.00 14.6959 29.921 EPA、[ 20 ] NIST。[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
22 71.6101.325 760.00 14.6959 29.921 20～80アメリカ医学物理学会[ 24 ]
25 77101.325 760.00 14.6959 29.921 IUPAC（SATP）[ 3 ] EPA [ 25 ]
20 6810万 750.06 14.5038 29.530 0CAGI [ 26 ]
15 5910万 750.06 14.5038 29.530 SPE [ 27 ]
20 68101.3 760 14.69 29.9 50ISO 5011 [ 28 ]
20 68101.33 760.0 14.69629.92 0GOST 2939-63
15.56 60101.33 760.0 14.696 29.92 SPE、[ 27 ]米国労働安全衛生局、[ 29 ] SCAQMD [ 30 ]
15.56 60101.6 762 14.73 30.0 EGIA [ a ] (帝国システムの定義) [ 19 ]
15.56 60101.35 760.21 14.7 29.93 米国運輸省（SCF）[ 31 ]
15 5999.99 750.0 14.503 29.53 78アメリカ陸軍標準メトロ[ 32 ] [ b ]
15 59101.33 760.0 14.696 29.92 60ISO 2314、[ 33 ] ISO 3977-2、[ 34 ] ASHRAE基礎ハンドブック[ 35 ]
21.11 70101.3 760 14.70 29.92 0AMCA、[ 36 ] [ c ]空気密度 = 0.075 lbm/ft 3。[ 37 ] [ 38 ]
15 59101.3 760 14.70 29.92 FAA [ 39 ]
20 68101.325 760.00 14.6959 29.921 EN 14511-1:2013 [ 40 ]
15 59101.325 760.00 14.6959 29.921 0ISO 2533:1975 [ 41 ] ISO 13443:2005、[ 42 ] ISO 7504:2015 [ 43 ]
0 32101.325 760.00 14.6959 29.921 0DIN 1343:1990 [ 44 ]

国際標準大気

航空学および流体力学において、「国際標準大気」（ISA）は、各高度における圧力、温度、密度、音速の規格です。標準平均海面においては、気温15℃（59℉）、気圧101,325パスカル（14.6959psi）（1気圧）、密度1.2250キログラム/立方メートル（0.07647ポンド/立方フィート）と規定されています。また、気温減率は1kmあたり-6.5℃（-11.7℉）（1,000フィートあたり約-2℃（-3.6℉））と規定されています。[ 45 ] [ 46 ]

国際標準大気は、中緯度における大気の状態を代表するものです。米国では、この情報は米国標準大気として規定されており、これは海抜65,000フィートまでのすべての高度において「国際標準大気」と同一です。

標準的な実験室条件

標準温度・圧力の定義の多くは、標準的な実験室温度とは温度が大きく異なるため（例：0℃と約28℃）、しばしば「標準実験室条件」（文字通り解釈すれば意味的にはほぼ同一であるにもかかわらず、「温度および圧力の標準条件」とは異なる用語として意図的に選択された用語）が参照される。しかし、世界のさまざまな地域で気候、高度、職場における暖房/冷房の使用度合いが異なることを考えると、「標準的な」実験室温度と圧力が地理的に制約されるのは避けられない。例えば、オーストラリアのニューサウスウェールズ州の学校では、標準的な実験室条件として25℃、100kPaを使用している。[ 47 ] ASTM Internationalは、規格ASTM E41「条件付けに関する用語」と、特定の材料および試験方法に関する数百の特殊条件を発行している。他の標準化団体も、専門的な標準試験条件を定めている。

気体のモル体積

気体のモル容積を記載する際には、ガスの体積や体積流量を表記する場合と同様に、温度と圧力の適用可能な基準条件を示すことが重要です[ 48 ]。温度と圧力の基準条件を示さずに気体のモル容積を記載しても意味がほとんどなく、混乱を招く可能性があります。

標準温度付近および大気圧における気体のモル体積は、理想気体の法則を用いることで、通常は十分な精度で計算できます。あらゆる理想気体のモル体積は、以下に示すように、様々な標準条件で計算できます。

  • V m = 8.3145 × 273.15 / 101.325 = 22.414  dm 3 /mol（0℃、101.325 kPa）
  • V m = 8.3145 × 273.15 / 100.000 = 22.711 dm 3 /mol（0℃、100 kPa）
  • V m = 8.3145 × 288.15 / 101.325 = 23.645 dm 3 /mol（15℃、101.325 kPa）
  • V m = 8.3145 × 298.15 / 101.325 = 24.466 dm 3 /mol（25℃、101.325 kPa）
  • V m = 8.3145 × 298.15 / 100.000 = 24.790 dm 3 /mol（25℃、100 kPa）
  • V m = 10.7316 × 519.67 / 14.696 = 60 °Fおよび14.696 psiで379.48 ft 3 /lbmol（または約0.8366 ft 3 /グラムモル）
  • V m = 10.7316 × 519.67 / 14.730 = 378.61 ft 3 /lbmol、60 °F、14.73 psi

技術文献は、多くの著者が理想気体定数R を使用しているのか、それとも比気体定数R sを使用しているのかを明確に説明していないため、混乱を招くことがあります。この2つの定数の関係はR s = R / m（ここでmは気体の 分子量）です。

米国標準大気（USSA）では、Rの値として8.31432 m 3 ·Pa/(mol·K)が用いられている。しかし、1976年のUSSAは、この値がアボガドロ定数やボルツマン定数の値と一致しないことを認識している。[ 49 ]

参照

説明ノート

  1. ^ a b電気・ガス検査法（カナダ）。
  2. ^圧力は750 mmHgと規定されています。ただし、水銀は温度上昇とともに膨張するため、 mmHgは温度に依存します。ここでは0～20 °Cの範囲の値を示しています。
  3. ^標準気圧は、温度が指定されていない状態で29.92 inHgと示されています。これはおそらく、標準気圧101.325 kPaを0 °C（32 °F）で約29.921 inHgに換算したものに相当します。

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