Seikkailu normaaliuden viidakossa
Edellisessä MAOL-taulukkokirjan päivitysprosessissa 2019 päädyimme muuttamaan NTP-olosuhteiden normaalilämpötilan lukuarvon 0 °C lukuarvoon 20 °C. Miksi arvo muutettiin ja mikä merkitys tällä muutoksella on? Pyrimme vastaamaan näihin kysymyksiin tässä artikkelissa.
Taulukkokirjan isompi päivitysprosessi on pitkä, kokonaisuudessaan lähes vuoden mittainen prosessi. Prosessin alussa kartoitetaan muutostarpeita, jonka jälkeen lähdetään tekemään muutoksia. Tässä vaiheessa menee noin puoli vuotta. Tehdyistä muutoksista pyydetään kommentit myös Ylioppilastutkintolautakunnalta (YTL). YTL:ltä saatujen kommenttien jälkeen on yleensä vielä muutama kuukausi ennen painetun kirjan painoon menoa. Tällä kertaa mm. teknisten ongelmien vuoksi lautakunnan kommentit viipyivät suunnitellusta aikataulusta. Kun vihdoin saimme YTL:n kommentit, yllätykseksemme kommentteja oli myös kohtiin, joita emme olleet aikoneet muuttaa. Toki nämäkin kommentit huomioitiin. Virallisen kommentointikierroksen jälkeen, aivan taulukkokirjan päivitysprosessin loppumetreillä, vain muutama päivä ennen kirjan painoon menoa, saimme YTL:n fysiikan jaoksen jäseneltä viestin, jossa todettiin: ”Käsittääkseni NTP-olosuhteiden lämpötila on 20 celsiusastetta, ei 0 celsiusastetta”. Taulukkokirjan käyttötarkoitus huomioon ottaen, tätä kommenttia oli hyvin vaikea ohittaa, vaikkakin kommentin ajoitus oli varsin haastava. Normaalisti tehdyt muutokset tarkistetaan ja varmistetaan hyvissä ajoin, nyt aikaa oli todellakin vain pari päivää. Nopealla selvityksellä normaali-termi tuntui olevan erittäin vaihtelevassa käytössä ja päädyimme muuttamaan lukuarvon vastaamaan tullutta kommenttia. Kenties annoimme alkusysäyksen uuden normaalin tulemiselle…
Normaali on sanana erittäin arveluttava. Mikä on normaali? Minkä pitäisi olla normaali? Normaalilämpötilalla on viitattu pitkään 0 celsiusasteeseen, mutta mitä normaalia siinä on? Toisaalta meillä on standardiolosuhteet, joissa lämpötila on 0 celsiusastetta ja paine 100 000 Pa. Miksi on kaksi eri olosuhdemääritelmää hyvin lähellä toisiaan? Normaalilämpötilaa käytetään eri fysiikan ja kemian osa-alueilla hyvin vaihtelevasti. Emme löytäneet nopealla aikataululla varsinaista perustetta olla huomioimatta annettua kommenttia, joka johti siis nopealla aikataululla normaalilämpötilan ja NTP-määritelmän muuttamiseen taulukkokirjassa. Valitettavasti tällaisella nopealla aikataululla toteutetulla muutoksella oli seurauksena se, että taulukkokirjan muihin osiin jäi viittauksia, jotka eivät enää pitäneet paikkansa. Mitä tästä opimme? Kiireellä ei tule hyvää.
Onko NTP-tilalle virallista määritystä? Riippuu asiayhteydestä, mitä tällä halutaan ymmärtää. ISO-standardi 14532 määrittelee luonnollisten kaasujen tapauksessa ”normaalivertailuolosuhteet” (normal reference conditions) 101,325 kPa ja 273,15 K. Standardi viittaa luonnollisilla kaasuilla kaasuseoksiin, jotka koostuvat hiilivedyistä, pääasiassa metaanista, mutta usein myös etaanista, propaanista ja pidempiketjuisista hiilivedyistä ja joistakin kaasuista, kuten typestä ja hiilidioksidista. Samainen ISO-standardi viittaa standardivertailuolosuhteilla tilaan 101,325 kPa ja 288,15 K todellisilla kaasuilla. Tässä yhteydessä standardissa todetaan huomautus, että tilat 273,15 K ja 101,325 kPa sekä 288,15 K ja 101,325 kPa ovat yleisesti käytettyjä ”normaali” tiloja kaasujen tapauksessa. Samassa huomautuksessa viitataan NTP- (normal temperature and pressure) ja STP (standard temperature and pressure) -termeihin, joilla standardin huomautuksen mukaan tavanomaisesti viitataan tilaan 273,15 K ja 101,325 kPa. Virallista määritelmää NTP-tilalle ei varsinaisesti tässä yhteydessä ole.
ISO-standardeista löytyy muitakin standardeja, jotka määrittävät NTP-tilan. Esimerkiksi standardi ISO/TR 15916 määrittelee NTP-tilan 293,15 K ja 101,325 kPa huomautuksella ”Tarkista aina, ettei normaalilämpötilalla tarkoiteta asiayhteydessä lämpötilaa 273,15 K tai 288,15 K”. ISO-standardi 17879 määrittelee vastaavasti NTP-tilan 20,0 °C (293,15 K) ja (absoluuttinen)paine 1,013 bar (0,101 3 MPa). Tässä yhteydessä standardissa ei ole huomautuksia muista vaihtoehtoisista tulkinnoista.
Käytännössä ”normaalilämpötila” on siis termi, jota käytetään asiayhteydestä riippuen hyvin vaihtelevasti. Toisin kuin yleisesti uskotaan, VTT MIKES ei heiltä saamamme vastauksen mukaan määrittele normaaliolosuhteita, vaan eri sovellusaloilla on käytössä erilaisia määritelmiä. Teknisissä ja kemian sovelluksissa normaalilämpötila viittaa yleensä normaaliin huonelämpötilaan +20 °C joka vastaa lähelle laboratorioiden työskentelyolosuhteita.
Tavoitteemme muutoksella oli yhtenäistää kemiassa, fysiikassa ja teknisissä sovelluksissa käytettävää normaalilämpötilan käsitettä. Mikä on siis ”oikea” tai ”virallinen” määritelmä? Käsittääksemme tällaista ei ole ja tästä syystä normaaliolosuhteiden määritelmän käyttäminen onkin varsin vaarallista ilman erillistä toteamusta, mitä tällä termillä kyseisessä asiayhteydessä tarkoitetaan. Ehkä tämä prosessi onkin havahduttanut huomaamaan, että itsestäänselvyytenä pidetty asia ei aina olekaan itsestäänselvyys. Pyrimme jatkossa selventämään käsitteistöä taulukkokirjassa ja varmistamaan taulukkotietojen oikeellisuuden tarkemmin. Pahoittelemme mahdollisesti aiheuttamaamme hämminkiä.
Taulukkokirjan fysiikan ja kemian osioiden työryhmä Teemu Hiltula (teemu.hiltula@maol.fi) Otso Huuska Pasi Konttinen Olga Sipilä Tuomas Yli-Kokko
