tasapainoreaktioissa

Tasapainoreaktioissa reagoivat aineet eivät yksinkertaisesti katoa, vaan sekä etenevä että taaksepäin reaktio tapahtuvat samanaikaisesti. Kun tasapainoon on päästy, näiden nopeudet ovat yhtä suuret ja konsentraatiot pysyvät ajan mittaan muuttumattomina. Tämä ilmiö tunnetaan dynaamisena tasapainona, jossa sistema on jatkuvassa mutta muuttumattomassa tilassa.

Tasapainovakio kuvaa reaktiossa tapahtuvan kemiallisen tasapainon suhdetta. Yleinen tasapaino A + B ⇌ C + D, jossa stoikiometriset kertoimet ovat a, b, c ja d, voidaan ilmaista konsentraatioille K = ([C]^c [D]^d)/([A]^a [B]^b). Kaasuille käytetään usein painepohjaista vakioa Kp, jossa aineiden osittaissäosat esiintyvät painearvoina. Reaktionopeudet ja tasapaino riippuvat lämpötilasta; entalpia-analyysiä hyödyntävä van ’t Hoff -laki kuvaa, miten K muuntuu lämpötilan muuttuessa. Kun reaktioyhtälö on tasapainossa, ainoastaan tasapainotila on vakio, vaikka yksittäiset molekyylit siirtyvät aktiivisesti etenevässä ja taaksepäin suunnassa.

Le Châtelierin periaate selittää, miten tasapainoa siirretään ulkoisten vaikutusten, kuten konsentraation, paineen tai lämpötilan muutosten, perusteella. Konsentraation lisääminen venyttää tasapainoa kohti reagoivaa puolta, korkea paine suosii molempien vastaavien kaasujen pienemmässä tilavuudessa olevaa koostumusta, ja lämpötilan muutos vaikuttaa entalpiasta riippuen reaktion suuntaan. Esimerkkejä ovat ammoniakinsynteesi (N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3), esteröityminen sekä liukoisuustasapaino, jota kuvaa valenssi Ksp. Tasapainoreaktiot ovat keskeisiä kemiallisessa suunnittelussa ja teollisissa prosesseissa, joissa tavoitteena on halutun tuotteen hallittu muodostuminen.