密閉容器内では、窒素と水素が反応してアンモニアが生成されます。しかし、反応は完全には進行しません。アンモニアは再び窒素と水素に分解します。最終的に、正反応と逆反応の速度が等しくなります。すべての物質の濃度は変化しなくなります。この系は化学平衡に達した状態です。これは静的な状態ではありません。両方の反応は同じ速度で継続します。これは動的な平衡状態です。

平衡状態は平衡定数Kによって表されます。反応 aA + bB ⇌ cC + dD の場合、Kは生成物の濃度を係数で累乗したものの積を、反応物の濃度を係数で累乗したものの積で割った値に等しくなります。Kが大きいほど反応は生成物側に偏り、Kが小さいほど反応物は優勢になります。Kは温度のみに依存し、初期濃度や圧力には依存しません。

ルシャトリエの原理は、平衡状態にある系が変化にどのように反応するかを予測するものです。反応物を増やすと、系は生成物を増やす方向に平衡が移動します。生成物を取り除くと、生成物を増やす方向に平衡が移動します。圧力を上げると、気体分子の少ない側に平衡が移動します。温度を上げると、吸熱反応の方向に平衡が移動します。これらの原理は、アンモニアのハーバー・ボッシュ合成のような工業プロセスにおいて、収率を最大化するために条件を最適化する際の指針となります。

平衡状態は反応の完了とは異なります。多くの反応は可逆的であり、平衡状態は自然な状態です。平衡状態を理解することは、反応の挙動を予測するために不可欠です。