חוק פעולת המסות
הרחבה לפיתוח החוק (כולל דוגמה)

נתבונן בבעיות של מגיבים ותוצרים, והריכוזים שלהם במצב של שיווי משקל, לדוגמה חמצון של גלוקוז נרשם באופן הבא:
{\ce {C6H12O6 + 6O2 -> 6H2O + 6CO2}}
כאשר באגף שמאל מופיעים המגיבים ובאגף ימין התוצרים. זהו התהליך ההפוך לפוטוסינתזה (בו צמחים הופכים פחמן ומים בעזרת האור שמגיע מהשמש לגלוקוז וחמצן).
ניתן לרשום את התהליך גם באופן הבא:
{\ce {- C6H12O6 - 6O2 + 6H2O + 6CO2 = 0}}
או באופן כללי:
\sum _{j}\alpha _{j}A_{j}=0
כאשר  (A_{j}) הם החומרים ו- (\alpha _{j}) הם המקדמים הסטוכיומטרים המתאימים להם (בדוגמה המוצגת  \alpha _{1}=-1,\alpha _{2}=-6,\alpha _{3}=6,\alpha _{4}=6).
נרצה למצוא את היחס בין המגיבים לבין התוצרים בשיווי משקל כאשר מערבבים מגיבים ביחס הסטויכיומטרי הנכון. לרוב, לא כל המגיבים הופכים לתוצרים, גם אם הריאקציה ספונטנית, וזאת משיקולי אנטרופיה. לכל מולקולה אנרגיית גיבס לחלקיק (פוטנציאל כימי), והחלקיקים עוברים דיפוזיה ממצב אחד למצב אחר. מספר החלקיקים תלוי ביחסים הסטויכיומטריים. מכיוון שאנו דנים במשתנים:  \tau ,P,N, (כאשר  N הוא מספר החלקיקים במערכת,  P הוא הלחץ במערכת, ו-  \tau  היא הטמפרטורה במערכת), הפונקציה הרלוונטית היא אנרגיית גיבס. בשיווי משקל  G (אנרגיית גיבס) מינימלית ולכן  \Delta G=0:
dG_{tot}=\sum _{j}dG_{j}=\sum _{j}\mu _{j}(\tau ,P)dN_{j}=(\sum _{j}\mu _{j}(\tau ,P)\alpha _{j})\Delta \nu =0
N_{j} קשורים על ידי היחסים הסטויכיומטריים באופן הבא:  dN_{j}=\alpha _{j}d\nu , כאשר  d\nu  הוא מספר הפעמים שהריאקציה התרחשה, כדאי לשים לב שסימן המקדמים תלוי בכיוון הריאקציה. קיבלנו חוק כללי לתהליכים/ ריאקציות ב- \tau ,P ידועים, במצב של שיווי משקל:
\Sigma _{j}\mu _{j}(\tau ,P)\alpha _{j}=0
עבור המקרה הפרטי של ריאקציה כימית בתמיסות דלילות (קירוב גז אידיאלי) מתקיים:  n_{j}={\frac {N_{j}}{V}};  n_{Q}=({\frac {m\tau }{2\pi \hbar ^{2}}})^{1.5} ;  n_{j}\ll {n_{Q}}^{(j)}(\tau ).
במקרה זה יודעים את  \mu (\tau ,P) כאמור הפוטנציאל הכימי על ידי הקשר:
\mu (\tau ,P)=K_{B}T\ln({\frac {n}{n_{Q}}})
הקירוב מניח שכאשר החומרים רחוקים, הם לא משפיעים זה על זה. נציב את הביטוי שקיבלנו עבור הפוטנציאל הכימי בתהליכים אלו בקשר מעלה ונקבל:
\sum _{j}K_{B}T\ln({\frac {n_{j}}{n_{Q}^{(j)}(\tau )}})\cdot \alpha _{j}=K_{B}T\sum _{j}\ln(n_{j}^{\alpha _{j}})-K_{B}T\sum _{j}\ln[(n_{Q}^{(j)})^{\alpha _{j}}]
=K_{B}T\ln[\prod _{j}n_{j}^{\alpha _{j}}]-K_{B}T\ln[\prod _{j}(n_{Q}^{(j)})^{\alpha _{j}}]=0
\Rrightarrow \prod _{j}n_{j}^{\alpha _{j}}=\prod _{j}(n_{Q}^{(j)})^{\alpha _{j}}
כעת נגדיר גודל אופייני לריאקציה:  K(\tau )\equiv \prod _{j}(n_{Q}^{(j)})^{\alpha _{j}}, קבוע הריאקציה (והוא תלוי למעשה בריכוזים הקוונטים של החומרים), וכן נקבל את התנאי לשיווי משקל:
K(\tau )=\prod _{j}n_{j}^{\alpha _{j}}
חוק זה נוסח על ידי המדענים הנורווגים ווגה וגולדברג, ונקרא חוק פעולת המסות.
אגף ימין מכונה גם קבוע שיווי המשקל הכימי, ונתון גם על ידי הקשר:
K(T)=\prod _{i=1}^{M}\left[\left({\frac {2\pi M_{i}kT}{h^{2}}}\right)^{3/2}\zeta _{i}(T)\right]^{\alpha _{i}}
כאשר:
M_{i} – מסת המולקולה
T – טמפרטורת המערכת
h – קבוע פלאנק
\zeta _{i} – פונקציית החלוקה הפנימית המכילה מידע על המבנה הפנימי של המולקולת
\alpha _{i} – המקדמים הסטוכיומטרים
דגשים:
ערכו של קבוע שיווי המשקל תלוי בטמפרטורה בלבד, ומשתנה מתגובה לתגובה.
קבוע שיווי המשקל אינו מלמד על מהירות התגובה אלא רק על הרכב המערכת בשיווי משקל.
ל-  K(T) גדולה יותר מתאימים ריכוזים גבוהים יותר של התוצרים.
אם ידוע קבוע שיווי המשקל, ניתן לדעת את ריכוזי החומרים במערכת בכל טמפרטורה. את הפונקציות  \zeta _{i} ניתן לקבוע מתוך ניסויים, באמצעות ספקטרום הבליעה והפליטה של המולקולות השונות ניתן לדעת את הפרשי האנרגיה שבין הרמות השונות במולקולות הדרושים לחישוב פונקציית החלוקה הפנימית. על ידי מדידות אלו ניתן לנבא את קבוע שיווי המשקל של ריאקציה כימית.
ניתן לרשום את חוק פעולת המסות גם בניסוח המודרני:
K(\tau )={\frac {[A']^{\alpha '}[B']^{\beta '}\cdots }{[A]^{\alpha }[B]^{\beta }\cdots }}
כאשר:
K(\tau ) – קבוע שיווי משקל
\alpha ,\beta  – מקדמים סטויוכיומטריים לתגובה
[A] – ריכוז מגיב A
[B] – ריכוז מגיב B
[A'] – ריכוז תוצר A
[B'] – ריכוז תוצר B
לסיכום, חוק זה מבטא את הקשר בין קבוע שיווי-המשקל הכימי  K(\tau ) לריכוזי החומרים במערכת בכל טמפרטורה, ועל כן הוא מהווה חוק חשוב בתחומים השונים.