tasapainotiloja

Tasapainotiloja ovat tiloja, joissa järjestelmän makroskooppiset suureet pysyvät ajan kuluessa vakioina. Tämä ei välttämättä tarkoita, ettei mikroskooppisessa toiminnassa tapahtuisi muutoksia: usein tapahtuu jatkuvaa rakenneosasten vaihtoa, mutta kokonaisuus saavuttaa tasapainon, jossa vastakkaiset prosessit kulkevat samalla nopeudella.

Tärkeimmät tasapainotilan tyypit liittyvät eri ilmiöihin. Kemiallinen tasapainotila syntyy, kun vastakkaiset reaktiot tapahtuvat samalla nopeudella, jolloin sekä reaktiotuotteiden että lähtöaineiden pitoisuudet pysyvät vakioina tiettyjen olosuhteiden puitteissa. Tämä tila määritellään usein reaktionopeuksien tasapainoksi ja sen mukaan reaktiokertoimet tai tasapainovakio K kuvaavat järjestelmän koostumusta. Fasiatason tasapainotilat esiintyvät, kun kahden tai useamman faasin runko ovat tasapainossa toistensa kanssa tietyllä lämpötilalla ja paineella; esimerkkejä ovat sulamis-, haihtumis- ja höyrys-/kaasumasfasis, sekä kolmois- eli triple point -tilanteet. Mekaaninen tasapainotila toteutuu, kun systeemin voimien ja momenttien summa on nolla, jolloin ei ole nettovuorovaikutusta liikkeessä tai muodonmuutoksia. Terminen tasapainotila tarkoittaa tilaa, jossa lämpötila on uniformi ja sidosenergia on tasapainossa, mikä usein liittyy energian vaihtoon ympäristön kanssa.

Olosuhteiden muutoksilla — lämpötilan, paineen tai konsentraation muutoksella — on vaikutusta tasapainoon. Le Chatelierin periaate kuvaa, miten järjestelmä vastaa vastustavaan muutokseen: se siirtää tasapainon sellaisiin oloihin, joissa muutos kompensoituu. Tasapainotiloja tutkitaan monilla aloilla, kuten kemianteollisuudessa, materiaali- ja faasifysiikassa sekä biokemiallisissa järjestelmissä.

Tasapainotiloja käytetään erottamaan ja ennustamaan järjestelmien käyttäytymistä sekä suunnittelemaan prosesseja, joissa kontrolloidaan reaktioiden etenemistä, faasimuutoksia tai tilojen vaihtelua.