חוק פעולת המסות
פיתוח פורמלי של החוק

ניתן לכתוב את משוואת התגובה הכימית באופן הבא:
או, באופן שקול:
כאשר  (A_{j}) הם החומרים ו- (\nu _{j}) הם המקדמים הסטוכיומטרים המתאימים להם במשוואת התגובה הכימית. הדיון על שיווי משקל כימי בדרך כלל מתייחס לתגובות בתנאים של לחץ וטמפרטורה קבועים. בשיווי משקל האנרגיה החופשית של גיבס היא במינימום ביחס לשינויים בפרופורציות של המגיבים. הדיפרנציאל של  G הוא:
כאשר  \mu _{j} הוא הפוטנציאל הכימי של האיבר ה- j, המוגדר כנגזרת חלקית:
בלחץ קבוע  dp=0, ובטמפרטורה קבועה  d\tau =0, ולכן בסך הכל מתקבל:
השינוי באנרגיה החופשית של גיבס בתגובה כימית תלוי בפוטנציאליים הכימיים של המגיבים. בשיווי משקל  G נמצא באקסטרמום ו-  dG בהכרח שווה ל-0. השינוי  dN_{j} במספר המולקולות של המרכיבים  j פרופורציונלי למקדמים הסטוכיומטרים  \nu _{j} במשוואת התגובה הכימית  \Sigma _{j}=\nu _{j}A_{j}=0. ניתן גם לרשום את  dN_{j} בצורה:
כאשר  d{\hat {N}} מציין את מספר הפעמים שהריאקציה התרחשה. הביטוי לדיפרנציאל  dG הופך להיות:
dG=(\sum _{j}\nu _{j}\mu _{j})d{\hat {N}}
בשיווי משקל כימי  dG=0, ולכן נקבל לבסוף את הקשר:
\sum _{j}\nu _{j}\mu _{j}=0
זהו התנאי לשיווי משקל כימי בטרנספורמציה ליניארית (שינוי) של חומרים בלחץ וטמפרטורה קבועים.
עתה נדון במקרה של שיווי משקל כימי עבור גזים אידיאליים, עד כה הגענו לצורה כללית עבור התנאי לשיווי משקל כימי כאשר הנחנו שכל אחד מהמשתתפים בתגובה מתנהג כמו גז אידיאלי. נכתוב שוב את הביטוי לפוטנציאל הכימי של המרכיבים  j הפעם באופן הבא:
\mu _{j}=\tau (\log(n_{j})-\log(c_{j}))
כאשר  n_{j} הוא הריכוז של המרכיב ה-  j וכן  c_{j}\equiv n_{Qj}Z_{j,int}, אשר תלוי בטמפרטורה אך לא בריכוז (כאן  Z_{j,int} הוא פונקציית החלוקה הפנימית).
עתה ניתן לרשום את התנאי לשיווי משקל באופן הבא:
\sum _{j}\nu _{j}\log(n_{j})=\sum _{j}\nu _{j}\log(c_{j})
או באופן שקול:
\sum _{j}\log(n_{j}^{\nu _{j}})=\sum _{j}\log(c_{j}^{\nu _{j}})
את האגף השמאלי ניתן לרשום כ:
\sum _{j}\log(n_{j}^{\nu _{j}})=\log(\prod _{j}n_{j}^{\nu _{j}})
ואת האגף הימני ניתן לרשום כ:
\sum _{j}\log(c_{j}^{\nu _{j}})=\log(\prod _{j}c_{j}^{\nu _{j}})\equiv \log(K(\tau ))
כאשר  K(\tau ) נקרא קבוע שיווי המשקל, הוא כפונקציה של הטמפרטורה בלבד. הצבה מפורשת של הביטוי ל-  c_{j} (המופיע מעלה) תוביל ל:
K(\tau )=\prod _{j}n_{Qj}^{\nu _{j}}e^{-{\frac {\nu _{j}F_{j,\mathrm {int} }}{\tau }}}
וזאת מכיוון שהאנרגיה החופשית הפנימית היא  F_{j,\mathrm {int} }=-\tau \log(Z_{j,\mathrm {int} }). נקבל לבסוף מקשרים אלו את חוק פעולת המסות:
K(\tau )=\prod _{j}n_{j}^{\nu _{j}}
המשמעות של תוצאה זו היא שהתוצר המתקבל מריכוזי המגיבים הוא פונקציה של הטמפרטורה בלבד. שינוי בריכוז של אחד מהמגיבים יוביל בהכרח לשינוי בשיווי המשקל עבור אחד (או יותר) מהמגיבים האחרים. כדי לחשב את קבוע שיווי המשקל  K(\tau ), חיוני לבחור באופן עקבי את האפס של האנרגיה הפנימית עבור כל מגיב. יש צורך בעקביות כאן מכיוון שהערך של כל פונקציית חלוקה  Z_{j,\mathrm {int} } תלוי בבחירה שלנו עבור האפס של מצבי האנרגיה העצמיים. האפסים השונים עבור המגיבים השונים חייבים להיות קשורים כדי לתת את הפרש האנרגיה או הפרש האנרגיה החופשית בתגובה. לא קיים קושי בביצוע הדבר, אך זה לא קורה ללא מאמץ מודע שלנו. לתגובת דיסוציאציה כמו  {\ce {H2 <=>2H}} לדוגמה, ההליך הפשוט ביותר הוא לבחור את אפס האנרגיה הפנימית של כל חלקיק מרוכב (כאן  {\ce {H2}} היא המולקולה) כך שיתאים לאנרגיה של החלקיקים המנותקים (כאן  {\ce {2H}}) במנוחה. בהתאם לכך אנו מציבים את האנרגיה של מצב האפס של החלקיק המרוכב ב- -E_{B}, כאשר  E_{B} הוא האנרגיה הנדרשת בתגובה כדי לנתק את החלקיק המרוכב למרכיביו ונלקחת כגודל חיובי.
חשוב לשים לב לעובדה שהאנרגיה לאחר הריאקציה הכימית של המרכיבים היננה נמוכה יותר, אך לא כל המגיבים יהפכו לתוצרים אפילו אם הריאקציה ספונטנית. זה נובע משיקולי אנטרופיה ולא רק אנרגיה (אנו דנים במערכת ששואפת למינימזציה של פונקציית האנרגיה של גיבס).