⚖️ Równowaga chemiczna — energia swobodna, iloraz reakcji i reguła Le Chateliera

K = exp(−ΔG°/RT). Ujemne ΔG° (samorzutna reakcja w kierunku produktów) daje K > 1, faworyzując produkty w stanie równowagi; dodatnie ΔG° daje K < 1, faworyzując substraty. Ponieważ ΔG° = ΔH° − TΔS°, zarówno entalpia, jak i entropia — oraz temperatura — wspólnie decydują, która strona zwycięża.

Energia swobodna jako funkcja Q łączy stały człon ΔG° z członem entropii mieszania (RT ln Q), który dąży do nieskończoności zarówno przy Q→0, jak i Q→∞, co gwarantuje istnienie wewnętrznego minimum. Przyrównanie pochodnej dG/dQ do zera i rozwiązanie odtwarza dokładnie ΔG° + RT ln K = 0 — czyli minimum jest z definicji punktem równowagi.

Równanie van't Hoffa ln K = −ΔH°/(RT) + ΔS°/R przewiduje linię prostą, gdy ln K jest wykreślane względem 1/T, o nachyleniu −ΔH°/R i wyrazie wolnym ΔS°/R. Dokładnie w ten sposób wyznacza się eksperymentalnie ΔH° i ΔS°: przeprowadza się reakcję w kilku temperaturach, wykreśla ln K względem 1/T i odczytuje nachylenie oraz wyraz wolny.

ICE oznacza Initial, Change, Equilibrium (stan początkowy, zmiana, równowaga) — metodę księgową, w której stężenie każdej substancji zmienia się o jej współczynnik stechiometryczny pomnożony przez jeden wspólny stopień zaawansowania reakcji ξ. Rozwiązanie dla ξ spełniającego K = Q w stanie równowagi daje w jednym kroku stężenie równowagowe każdej substancji, co dokładnie pokazuje na żywo tabela ICE w symulacji.

Zmiana [A]₀ lub [B]₀ przesuwa Q względem K, a symulacja natychmiast przelicza ξ tak, aby układ powrócił w stronę K — w widoczny sposób zużywając dodaną substancję i tworząc więcej substancji po drugiej stronie, lub odwrotnie. To reguła Le Chateliera przełożona na obliczenia, a nie tylko jakościowa zasada praktyczna.