熱力学系の平衡条件

🧠 巨視的macroscopic 巨視的（macroscopic）macroscopic（巨視的） 平衡では温度・圧力・化学ポテンシャルchemical potential 化学ポテンシャル（chemical potential）chemical potential（化学ポテンシャル） など示強変数 intensive variable 示強変数（intensive variable） intensive variable（示強変数） が釣り合う。 微視的には正反応速度 forward rate 正反応速度（forward rate） forward rate（正反応速度） と逆反応速度 reverse rate 逆反応速度（reverse rate） reverse rate（逆反応速度） が等しい動的平衡である。

ポテンシャルの極小としての平衡

平衡では許された微小変化に対して適切な熱力学ポテンシャルが極小となり、巨視的macroscopic 巨視的（macroscopic）macroscopic（巨視的） な正味流れがない。定温定圧ならG、定温定積ならFが最小になる。

熱力学系の平衡条件を表す式

定温定圧条件では平衡で$G$が極小になり、許された微小変化に対して一次変化が0となる。

正逆過程が釣り合う状態

平衡では適切な電位が最小となる。

flowchart TD
  A["ポテンシャルの極小としての平衡"] --> B
  B["正逆過程が釣り合う状態"] --> C
  C["平衡では適切な電位が最小となる"] --> D
  D["平衡と定常状態の違い"]

平衡と定常状態の違い

平衡では熱的・力学的・化学的な駆動力 driving force 駆動力（driving force） driving force（駆動力） が消え、微視的には正反応速度 forward rate 正反応速度（forward rate） forward rate（正反応速度） と逆反応速度 reverse rate 逆反応速度（reverse rate） reverse rate（逆反応速度） が等しい動的平衡となる。どの量が極小になるかは系と外界の交換条件に依存し、定温・定圧ではギブズ自由エネルギーGibbs free energyギブズ自由エネルギー（Gibbs free energy）Gibbs free energy（ギブズ自由エネルギー）が最小となる。

生体系living systems 生体系（living systems）living systems（生体系） はエネルギーを消費して平衡から離れた定常状態を保つ。平衡は静止ではなく正逆過程が等しい動的状態である。生体の定常状態は物質・エネルギー流を伴うため熱力学的平衡とは異なる。

まとめ

生物を含む系の熱力学では、保存則とエントロピー・自由エネルギーfree energy 自由エネルギー（free energy）free energy（自由エネルギー） の制約 Limitations 制約（Limitations） Limitations（制約） を同時に扱う。¹²

• 巨視的macroscopic 巨視的（macroscopic）macroscopic（巨視的） 平衡では温度・圧力・化学ポテンシャルchemical potential 化学ポテンシャル（chemical potential）chemical potential（化学ポテンシャル） など示強変数 intensive variable 示強変数（intensive variable） intensive variable（示強変数） が釣り合う。微視的には正反応速度 forward rate 正反応速度（forward rate） forward rate（正反応速度） と逆反応速度 reverse rate 逆反応速度（reverse rate） reverse rate（逆反応速度） が等しい動的平衡である。
• 平衡では適切な電位が最小となる。
• 生体系living systems 生体系（living systems）living systems（生体系） はエネルギーを消費して平衡から離れた定常状態を保つ。