Lo stato di un sistema le cui proprietà hanno valori definiti e costanti fin quando non variano le condizioni è detto stato di equilibrio stabile.
Un sistema termodinamico è costituito da una quantità di materia delimitata da confini fissi o mobili attraverso i quali possono passare sia materia che energia.
Un sistema termodinamico può essere definito come una porzione di universo separato da un confine che può essere o meno materiale. Esso per convenzione delimita un insieme finito di volume attraverso il quale sono possibili scambi di lavoro, calore o materia.
Lo stato termodinamico di un sistema è definito da un insieme di proprietà misurabili come pressione, volume e temperatura tali da consentire la determinazione di tutte le altre proprietà.
Stato di equilibrio
Un sistema in equilibrio termodinamico soddisfa l'equilibrio chimico, l'equilibrio termico e l'equilibrio meccanico.
Si raggiunge uno stato di equilibrio chimico se le varie parti che lo compongono interagiscono fra loro in modo che le proprietà chimiche non variano nel tempo.
A dispetto di quanto si possa credere un equilibrio chimico è di tipo dinamico in quanto pur essendo costante il rapporto tra reagenti e prodotti essi si interconvertono continuamente gli uni negli altri con la stessa velocità senza che questo rapporto cambi.
I processi microscopici, infatti continuano, ma le proprietà macroscopiche non variano. Infatti i processi opposti si bilanciano ed inoltre l'equilibrio può essere raggiunto in entrambi i sensi. Si può infatti partire sia dai reagenti che dai prodotti di reazione.
In un equilibrio chimico la reazione è reversibile e si verifica quando la velocità di reazione diretta è uguale alla velocità della reazione inversa.
Quando un sistema si trova in uno stato di equilibrio reale il contenuto di energia libera si trova al minimo per quel dato insieme di variabili.
Se un sistema si trova in uno stato di equilibrio stabile reagisce a variazioni di:
- pressione
- temperatura
- aggiunta di reagenti
- sottrazione di prodotti
- volume
- aggiunta di sostanze inerti come gas argon
mediante uno spostamento dell'equilibrio che si oppone alla sollecitazione esterna secondo il Principio di Le Chatelier.
Ad esempio per la generica reazione:
aA + bB ⇄ cC + dD
L'effetto di:
- un'aggiunta di A o B o di una sottrazione di C o D sposta verso destra l'equilibrio
- un aumento di pressione sposta a destra l'equilibrio se (a+b) > (c+d)
L'effetto di un aumento di temperatura sposta a destra l'equilibrio in una reazione endotermica mentre sposta a sinistra l'equilibrio in una reazione esotermica
