tasapainotiloissa

Tasapainotila tarkoittaa tilaa, jossa järjestelmän makroskooppiset ominaisuudet eivät muutu ajan kuluessa. Olosuhteet voivat olla vakaat tai järjestelmä voi olla eristetty siten, ettei nettoenergia- tai ainevirtaja tapahdu. Tasapainotilat ovat keskeisiä käsitteitä fysiikassa, kemiassa ja materiaalitieteessä, koska ne määrittelevät, miten järjestelmä reagoi muutoksiin.

Tyypillisiä tasapainotiloja ovat mekaaninen tasapaino, termodynaaminen tasapaino, faasitasapaino ja kemiallinen tasapaino. Näillä on eri määritelmät ja tunnusmerkit, mutta ne liittyvät yhteiseen periaatteeseen: järjestelmän tilat ovat vakaat paineessa, lämpötilassa ja koostumuksessa.

Mekaaninen tasapaino: kaikki ulkoiset voimat kumoutuvat, jolloin nettokiihtyvyys on nolla ja järjestelmä pysyy liikkeessä tai levossa vakaana.

Termodynaaminen tasapaino: lämpötila, paine ja kemiallinen potentiaali ovat tasaisia koko järjestelmässä, eikä energian tai aineen siirtymisiä tapahdu mikroskoopillisesti. Käytännössä termodynaaliset suureet, kuten Gibbsin vapaa energia, ovat minimissään ulkoisten ehdojen vallitessa.

Faasitasapaino: useat faasit voivat olla yhtä aikaa läsnä, esimerkiksi vesi ja jää 0°C:n lämpötilassa tietyllä paineella; faasit ovat tasapainossa, kun niiden muuntuminen pysähtyy ilman ulkoisia muutoksia.

Kemiallinen tasapaino: reaktioiden etenevä ja taantuva nopeus ovat yhtä suuret, joten koostumus pysyy vakiona. Tasapainotila riippuu lämpötilasta, paineesta ja katalyytteistä.

Vakaus, metastabiilisuus ja epävarmuus vaikuttavat siihen, palautuuko järjestelmä tasapainoon häiriön jälkeen vai siirtyykö se uuteen tilaan. Esimerkkejä ovat jään ja veden kaksifaasiset tilat sekä kemialliset kierron tasapainot.