Vakiotila

Vakiotila eli stationääritila tarkoittaa kemiassa tilaa, jossa tietyn ajan jälkeen systeemiin saapuvien ja sieltä poistuvien massa- ja energioiden erotus on nolla ja tällöin tilassa ei tapahdu muutoksia. Useimmiten tämä vaatii virtausta systeemin läpi siten, että systeemiin saapuvat massa- ja energiavuot ovat yhtä suuret poistuvien kanssa. Vakiotila voidaan saavuttaa esimerkiksi virtausreaktoreissa ja biologisissa systeemeissä.

Vakiotilaoletus

Useampivaiheisissa kemiallisissa reaktioissa reaktiivisten välituotteiden voidaan olettaa olevan vakiotilassa ja niiden konsentraation olevan tietyn initiaatioajan jälkeen lähes muuttumaton verrattuina lähtöaineiden ja tuotteiden konsentraatioihin. Koska reaktiivisten välituotteiden konsentraation voidaan katsoa olevan muuttumaton, niiden muodostumis- ja häviämisnopeudet ovat yhtä suuret.

Oletetaan reaktio, jossa aine A reagoi muodostaen ainetta B reaktiivisen välitilan I kautta. Tällöin reaktionopeudet eri kemiallisille lajikkeille, kun kaikki reaktiot ovat 1. kertaluvun reaktioita ja nopeusvakio reaktiolle A → I on k₁ ja nopeusvakio reaktiolle I → B on k₂, ovat seuraavat:

${\frac {d[A]}{dt}}=-k_{1}[A]$

${\frac {d[I]}{dt}}=k_{1}[A]-k_{2}[I]$

${\frac {d[P]}{dt}}=k_{2}[I]$

Vakiotilassa reaktiivisen välituotteen $I$ konsentraation muutosnopeudeksi otetaan 0.

${\frac {d[I]}{dt}}=0=k_{1}[A]-k_{2}[I]\Rightarrow \;[I]={\frac {k_{1}}{k_{2}}}[A]$ tällöin ${\frac {d[P]}{dt}}=k_{2}[I]$ joten $[P]=[A]_{0}\left(1-e^{-k_{1}t}\right)$.

Vakiotilaoletuksen oikeellisuudeesta on lisää alkeisreaktiossa. Esimerkkeinä vakiotilaoletuksen käytöstä on Michaelis–Menten-kinetiikka ja Stern-Volmer -kuvaaja.