Хими́ческое равнове́сие, состояние термодинамического равновесия в системе, установившееся в результате одной или нескольких обратимых химических реакций. Химическому равновесию соответствует экстремум характеристической функции системы при фиксированных соответствующих естественных переменных (например, при постоянных температуре и давлении это минимум энергии Гиббса). При химическом равновесии скорости всех реакций в двух противоположных направлениях равны между собой и с течением времени не происходит изменения количеств веществ в реакционной смеси.

При рассмотрении системы с химическим превращением $\sum_i ν_iA_i=0$ ($A_i$ – исходные реагенты или продукты реакции, $ν_i$ – стехиометрические коэффициенты, положительные для реагентов, отрицательные для продуктов) может быть использовано фундаментальное уравнение Гиббса, записанное в следующем виде: $dG=-SdT+Vdp+\sum_{i=1}^{N} μ_i dn_i$, где $T$ – абсолютная температура, $V$ – объём, $p$ – давление, $N$ – число составляющих систему веществ, $μ_i$ и $n_i$ – химический потенциал и количество i-го вещества соответственно. Переменные $n_i$ не являются независимыми: $n_i=n_{i0}=ν_iξ$, где $n_{i0}$ – начальное количество i-го вещества, $ξ$ – химическая переменная (координата реакции). Т. к. $dn_i=ν_idξ$, то фундаментальное уравнение Гиббса сводится к следующему виду: $dG=-SdT+Vdp+\left( \sum_{i=1}^{N_s} ν_i μ_i\right)dξ$, откуда следует частное условие химического равновесия: при постоянстве $p$ и $T$ сумма произведений химических потенциалов участвующих в реакции веществ и их стехиометрических коэффициентов равна нулю: $\left(\frac{\partial G}{\partial ξ}\right)_{T,P}=Δ_rG=-A=\sum_{i=1}^{N_s} ν_i μ_i=0$, где $Δ_rG$ – энергия Гиббса реакции, $A$ – химическое сродство. Если $\left(\frac{\partial G}{\partial ξ}\right)=Δ_rG < 0$, то реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении; если $\left(\frac{\partial G}{\partial ξ}\right)=Δ_rG > 0$ – в обратном направлении.

В состоянии химического равновесия система характеризуется константой равновесия. Качественно о влиянии внешних условий (температуры, давления, изменения состава системы) на химическое равновесие можно судить по общему принципу смещения равновесия (принцип Ле Шателье – Брауна). Для количественных оценок необходимо использовать соответствующие термодинамические расчёты. Например, влияние температуры на константу равновесия и, соответственно, состояние химического равновесия выражаются уравнениями изобары или изохоры химической реакции.

Расчёт химического равновесия (определение равновесного состава системы) имеет большое практическое значение. Например, расчёт химического равновесия применяют для определения условий максимального выхода при варьировании внешних параметров в технологическом процессе. Наиболее востребованными являются расчёты состава в многокомпонентных системах, в которых могут протекать несколько реакций. В этих случаях задача обычно сводится к нахождению минимума энергии Гиббса системы (при постоянстве $T$ и $p$). Реализация такого подхода не требует рассмотрения конкретных реакций, достаточно указать элементный состав и все возможные вещества, образующиеся из этих элементов.