Reakcja nieodwracalna(samorzutna)- reakcja, po której przynajmniej jeden z produktów opuszcza środowisko reakcji(np. w postaci gazu, trudno rozpuszczalnego osadu, itd.).

Dla wielu zachodzących w przyrodzie reakcji nieodwracalnych można dobrać reakcje w pewnym sensie odwrotne, tzn. prowadzące do odtworzenia jednego lub więcej pierwotnych substratów. To jednak nie czyni tych procesów odwracalnymi (wymagają one określonych nakładów energii- nie zachodzą samoczynnie i równocześnie z reakcją podstawową, jak w przypadku reakcji odwracalnej.

Reakcja, której w każdej chwili towarzyszy reakcja przebiegająca w kierunku przeciwnym (możliwa dzięki temu, że żaden substrat ani produkt nie opuszcza środowiska przemiany), jest nazywana REAKCJĄ ODWRACALNĄ.

Równowaga termodynamiczna -oznacza stan, w którym makroskopowe parametry układu, takie jak ciśnienie, objętość i wszystkie funkcje stanu, są stałe w czasie. Na równowagę termodynamiczną składają się: równowaga chemiczna (brak makroskopowego przepływu cząstek i reakcji chemicznych), mechaniczna (nie występują niezrównoważone siły) i termiczna (nie występuje przepływ energii). Energia układu będącego w stanie równowagi osiąga ekstremum. W zależności od rodzaju ekstremum równowaga może być chwiejna, obojętna, metatrwała lub trwała. Przy równowadze trwałej układ osiąga minimalną energię (potencjał termodynamiczny) i maksymalną entropię.

Równowaga reakcji chemicznych - stan, gdy reakcja w jedną i drugą stronę zachodzi z taką samą szybkością, więc stężenia reagentów nie zmieniają się w czasie. Stan równowagi reakcji chemicznej nie oznacza, że nie zachodzi ona wcale. W reakcjach chemicznych, równowaga ma prawie zawsze charakter równowagi dynamicznej. Reakcja zachodzi, tyle, że jej szybkość w obu kierunkach jest jednakowa, czyli w każdej chwili z substratów tworzy się tyle samo produktów ile z produktów tworzy się z powrotem substratów. System jako makroskopowa całość wydaje się w spoczynku; obecność reakcji jest jednakże ewidentna w skali molekularnej. Teoretycznie wszystkie reakcje chemiczne osiągają stan równowagi o ile pozostawi się je "w spokoju" na odpowiednio długi czas. Oznacza to, że dla każdej reakcji istnieją takie warunki, w których jest ona odwracalna. Praktycznie jednak w wielu przypadkach nie dochodzi do ustalenia się stanu równowagi z różnych względów:

• Produkty (lub jeden z produktów) reakcji mogą być usuwane z układu reakcji szybciej niż równowaga jest osiągana. Reakcja przebiegnie do końca w jednym kierunku.

• Substraty i produkty mogą występować w dwóch fazach, nie mieszając się z sobą, a reakcja zachodzi na granicy faz bardzo powoli (szybkość limitowana przepływem masy), lub nie zachodzi w ogóle ze względu na efektywną separację reagentów.

• Jeden z substratów reakcji jest stale dodawany do systemu z zewnątrz. System możne osiągnąć stan ustalony bez równowagi.

Stężenia reagentów w stanie równowagi nie zależą od mechanizmu jej przebiegu, lecz tylko od termodynamicznych warunków jej prowadzenia, takich jak temperatura i ciśnienie. Stąd rodzaj użytego katalizatora nie ma wpływu na stężenia reagentów w stanie równowagi, ma jednak duży wpływ na czas ustalenia się tego stanu.

W stanie równowagi, zgodnie z prawem działania mas stosunek iloczynów stężeń substratów i produktów jest w danych warunkach termodynamicznych stały. Stosunek ten jest nazywany stałą równowagi, oznaczaną tradycyjnie dużą literą K.

Przykład reakcji równowagowej - hydroliza/synteza estru (octanu metylu):

CH₃COOCH₃ + H₂O ⇌ CH₃COOH + CH₃OH

Stała równowagi - współczynnik opisujący stan równowagi odwracalnych reakcji chemicznych. Stała ta jest równa ilorazowi reakcji w stanie doskonałej równowagi, t.j. w sytuacji, gdy szybkość reakcji w stronę od substratów do produktów i od produktów do substratów jest dokładnie taka sama. Dla procesu zapisanego ogólnym równaniem:

mA + nB ⇌ pC + qD

wyrażenie na stałą równowagi ma postać:

gdzie: nawiasy kwadratowe oznaczają stężenia molowe w przypadku roztworów lub molowe ciśnienia cząstkowe w przypadku gazów w stanie idealnej równowagi.

Wyrażenie to można rozszerzyć na dowolną liczbę reagentów dopisując w liczniku produkty, a w mianowniku substraty w odpowiednich wykładnikach potęgowych. Wykładniki te są równe proporcjom molowym substratów i produktów, wynikających z równania stechiometrycznego reakcji.

---