முந்தைய அலகுகளில், ஒரு இரசாயனத் தாக்கம் தாக்கிகள் (reactants) முற்றாக விளைவுகளாக (products) மாறிவிடுவதாகக் கருதப்பட்டது. ஆனால் பல இரசாயனத் தாக்கங்கள் அவ்வாறு முற்றுப்பெறுவதில்லை; அவை ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையை அடைந்த பின்னர் தாக்கிகளும் விளைவுகளும் ஒன்றாகவே நீடிக்கின்றன. இவ்வாறு முற்புறத் திசையிலும் (forward) பிற்புறத் திசையிலும் (reverse) ஒரே நேரத்தில் நடைபெறக் கூடிய தாக்கம் மீளும் தாக்கம் (reversible reaction) என அழைக்கப்படுகின்றது.
ஒரு மூடிய பாத்திரத்தில் ஐதரசன் வாயுவும் (H₂) அயடீன் ஆவியும் (I₂) கலந்து வைக்கப்படுவதைக் கருதுவோம். தொடக்கத்தில் தாக்கிகளின் செறிவு உயர்வாக இருப்பதால் முற்புறத் தாக்கம் (H₂ + I₂ → 2HI) வேகமாக நடைபெறுகின்றது. தாக்கம் முன்னேறும்போது H₂ மற்றும் I₂ ஆகியவற்றின் செறிவு குறைகின்றது; ஆகவே முற்புறத் தாக்க வீதம் படிப்படியாகக் குறைகின்றது. அதே நேரத்தில் விளைவான HI இன் செறிவு அதிகரிப்பதால் பிற்புறத் தாக்கம் (2HI → H₂ + I₂) படிப்படியாக வேகம் பெறுகின்றது.
ஒரு குறிப்பிட்ட கணத்தில், முற்புறத் தாக்க வீதமும் பிற்புறத் தாக்க வீதமும் சமமாகின்றன. அந்தக் கணத்திலிருந்து தாக்கிகளினதும் விளைவுகளினதும் செறிவுகள் காலத்துடன் மாறாமல் நிலைத்திருக்கின்றன. இந்த நிலையே இயங்குநிலைச் சமநிலை (dynamic equilibrium) என அழைக்கப்படுகின்றது. சமநிலையில் தாக்கம் நின்றுவிடவில்லை என்பது மிக முக்கியமானது; முற்புறத் தாக்கமும் பிற்புறத் தாக்கமும் ஒரே வீதத்தில் தொடர்ந்து நடைபெறுகின்றன. ஆகவே இது இயங்குநிலை ஆகும், நிலையான ஓய்வு நிலை அல்ல.
இரு பக்க அம்பு (⇌) குறியீடு தாக்கம் இரு திசைகளிலும் நடைபெறுகின்றது என்பதைக் காட்டுகின்றது. ஒரு மூடிய தொகுதியில் மட்டுமே சமநிலை உண்மையாக ஏற்படும்; திறந்த தொகுதியில் ஒரு விளைவு வாயு வெளியேறிவிட்டால் பிற்புறத் தாக்கம் நடைபெற முடியாது.
இயங்குநிலைச் சமநிலையின் முக்கிய இயல்புகள் (characteristics) பின்வருமாறு தொகுத்துக் கூறப்படுகின்றன.
1864 ஆம் ஆண்டில் நோர்வே நாட்டு இரசாயனவியலாளர்களான குல்ட்பேர்க் (Guldberg) மற்றும் வேஜ் (Waage) ஆகியோர் அதிக எண்ணிக்கையான சமநிலைத் தாக்கங்களைப் பரிசோதனை ரீதியாகக் கற்று, திணிவுத் தாக்க விதியை (law of mass action) ஒப்புவித்தனர். இவ்விதியின்படி, ஒரு இரசாயனத் தாக்கத்தின் தாக்க வீதம் தாக்கிகளின் தாக்குத் திணிவுகளுக்கு (active masses, அதாவது மூலர்ச் செறிவுகளுக்கு) விகிதசமமாகும்.
aA + bB ⇌ cC + dD என்னும் பொதுவான மீளும் தாக்கத்தைக் கருதுவோம். திணிவுத் தாக்க விதியின்படி, முற்புறத் தாக்க வீதம் = kf[A]a[B]b ஆகும்; பிற்புறத் தாக்க வீதம் = kr[C]c[D]d ஆகும். சமநிலையில் இவ்விரு வீதங்களும் சமமாதலால் kf[A]a[B]b = kr[C]c[D]d என்பது பெறப்படும். இதனை மறுசீரமைத்தால், kf மற்றும் kr ஆகிய இரண்டும் ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் மாறிலிகள் என்பதால், அவற்றின் விகிதமும் ஒரு மாறிலியாகும். இந்த மாறிலியே சமநிலை மாறிலி (equilibrium constant) என அழைக்கப்பட்டு, செறிவின் அடிப்படையில் வரையறுக்கப்படுவதைக் குறிக்க Kc என்னும் குறியீட்டால் குறிக்கப்படுகின்றது.
இதுவே ஒரு தாக்கத்துக்கான சமநிலை விதியின் (equilibrium law) கணித வடிவமாகும். மாறா வெப்பநிலையில் ஒரு மீளும் தாக்கம் சமநிலையில் இருக்கும்போது, விளைவுகளின் சமநிலைச் செறிவுகளின் பெருக்கத்தை (ஒவ்வொன்றும் அதன் பீசமானக் குணகத்தால் வலுவேற்றப்பட்டது) தாக்கிகளின் சமநிலைச் செறிவுகளின் பெருக்கத்தால் வகுக்கும்போது கிடைக்கும் விகிதம் ஒரு மாறாத பெறுமானத்தைக் கொண்டுள்ளது.
சமநிலை மாறிலியின் கோவையை (Kc expression) எழுதும்போது பின்வரும் விதிகள் பின்பற்றப்படுகின்றன: விளைவுகளின் செறிவுகள் தொகுதியாக (numerator) இடப்படுகின்றன, தாக்கிகளின் செறிவுகள் பகுதியாக (denominator) இடப்படுகின்றன; ஒவ்வொரு செறிவுப் பதமும் சமன் செய்த சமன்பாட்டில் உள்ள அதன் பீசமானக் குணகத்திற்குச் (stoichiometric coefficient) சமமான வலுவால் உயர்த்தப்படுகின்றது; செறிவுகள் சமநிலையில் உள்ள மூலர்ச் செறிவுகளாக (mol dm⁻³) இருக்க வேண்டும்; தூய திண்மம் மற்றும் தூய திரவத்தின் செறிவுகள் கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை; Kc இன் பெறுமானம் வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்தது, செறிவு, அமுக்கம் அல்லது வினையூக்கியால் மாறுவதில்லை.
சமநிலையில் உள்ள தாக்கிகளும் விளைவுகளும் யாவும் ஒரே அவத்தையில் (phase) இருந்தால் அது ஏகவினச் சமநிலை (homogeneous equilibrium) எனப்படும் — எ.கா. N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g). அவை ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட அவத்தைகளில் இருந்தால் அது பல்லினச் சமநிலை (heterogeneous equilibrium) எனப்படும்; அதில் தூய திண்மம் அல்லது தூய திரவத்தின் செறிவு கோவையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை. கல்சியம் காபனேற்றின் (CaCO₃) வெப்பப் பிரிகையில் CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) என்பதில் CaCO₃, CaO இரண்டும் தூய திண்மங்கள் என்பதால் அவை கோவையிலிருந்து விடப்பட்டு Kc = [CO₂] என்னும் ஒரே பதம் மட்டுமே எஞ்சுகின்றது.
Kc இன் அலகுகள் அதன் கோவையில் உள்ள செறிவுப் பதங்களின் எண்ணிக்கையைச் சார்ந்தவை; தொகுதியில் உள்ள மொத்த வலுவுக்கும் பகுதியில் உள்ள மொத்த வலுவுக்கும் இடையேயான வேறுபாட்டைப் பயன்படுத்தி அலகு துணியப்படுகின்றது.
| தாக்கம் | Kc கோவை | அலகு |
|---|---|---|
| H₂ + I₂ ⇌ 2HI | [HI]² / ([H₂][I₂]) | அலகு இல்லை |
| N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ | [NH₃]² / ([N₂][H₂]³) | mol⁻² dm⁶ |
| 2NO₂ ⇌ N₂O₄ | [N₂O₄] / [NO₂]² | mol⁻¹ dm³ |
| PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂ | [PCl₃][Cl₂] / [PCl₅] | mol dm⁻³ |
சமநிலை மாறிலியின் பருமன் (magnitude) தாக்கம் எவ்வளவு தூரம் முன்னேறுகின்றது என்பதைக் குறிக்கின்றது. Kc ≫ 1 (உ-ம் > 10³) எனின் விளைவுகள் மேலோங்கி நிற்கும், தாக்கம் கிட்டத்தட்ட முற்றுப்பெறுகின்றது. Kc ≈ 1 எனின் தாக்கிகளும் விளைவுகளும் ஒப்பிடத்தக்க செறிவுகளில் இருக்கும். Kc ≪ 1 (உ-ம் < 10⁻³) எனின் தாக்கிகள் மேலோங்கி நிற்கும். பெரும்பாலான தாக்கங்கள் 10³ முதல் 10⁻³ வரையான வரம்பில் சமநிலை மாறிலிகளைக் கொண்டுள்ளன.
சமநிலை மாறிலியின் கோவையில் சமநிலைச் செறிவுகளுக்குப் பதிலாக எந்தவொரு கணத்திலும் உள்ள செறிவுகளைப் பிரதியிட்டுக் கணிக்கப்படும் பெறுமானம் தாக்க ஈவு (reaction quotient, Q) என அழைக்கப்படுகின்றது. Q இன் பெறுமானத்தை Kc இன் பெறுமானத்துடன் ஒப்பிடுவதன் மூலம், தாக்கக் கலவை சமநிலையை அடைய எந்தத் திசையில் நகரும் என்பதை எதிர்வு கூறலாம்.
தாக்கிகளின் ஆரம்பச் செறிவுகளும் சமநிலை மாறிலியும் தரப்பட்டால், சமநிலையில் இருக்கும் இனங்களின் செறிவுகளைக் கணக்கிடலாம். இதற்கு NIE பாடநூல் மூன்று படிமுறையை பரிந்துரைக்கின்றது; இதனை ICE அட்டவணை (Initial – Change – Equilibrium) எனவும் அழைப்பர். படி 1: தாக்கத்துக்குச் சமன் செய்த சமன்பாட்டை எழுதுக. படி 2: ஒவ்வொரு இனத்துக்கும் ஆரம்பச் செறிவு, சமநிலைக்குச் செல்லும்போது ஏற்படும் மாற்றம், சமநிலைச் செறிவு ஆகியவற்றைப் பட்டியலிடும் அட்டவணையை உருவாக்குக; மாற்றத்தைப் பீசமானக் குணகங்களைப் பயன்படுத்தி x இன் அடிப்படையில் வெளிப்படுத்துக. படி 3: சமநிலைச் செறிவுகளைச் சமநிலை மாறிலியின் கோவையில் பிரதியிட்டு, x ஐக் கண்டறிக; பின்னர் சமநிலைச் செறிவுகளைக் கணக்கிடுக.