ماذا يحدث عندما يتحد الهيدروجين مع الأكسجين؟

الهيدروجين وقود شديد التفاعل. تتفاعل جزيئات الهيدروجين بعنف مع الأكسجين عندما تنكسر الروابط الجزيئية الموجودة وتتشكل روابط جديدة بين ذرات الأكسجين والهيدروجين. نظرًا لأن نواتج التفاعل تكون عند مستوى طاقة أقل من المواد المتفاعلة ، فإن النتيجة هي إطلاق متفجر للطاقة وإنتاج الماء. لكن الهيدروجين لا يتفاعل مع الأكسجين عند درجة حرارة الغرفة ، فهناك حاجة إلى مصدر للطاقة لإشعال الخليط.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

سوف يتحد الهيدروجين والأكسجين لتكوين الماء - وينتجان الكثير من الحرارة في هذه العملية.

تختلط غازات الهيدروجين والأكسجين في درجة حرارة الغرفة دون تفاعل كيميائي. وذلك لأن سرعة الجزيئات لا توفر طاقة حركية كافية لتنشيط التفاعل أثناء الاصطدام بين المواد المتفاعلة. يتكون خليط من الغازات ، مع إمكانية التفاعل بعنف إذا تم إدخال طاقة كافية إلى الخليط.

يؤدي إدخال شرارة إلى الخليط إلى ارتفاع درجات الحرارة بين بعض جزيئات الهيدروجين والأكسجين. تنتقل الجزيئات في درجات حرارة أعلى بشكل أسرع وتصطدم بمزيد من الطاقة. إذا وصلت طاقات التصادم إلى الحد الأدنى من طاقة التنشيط الكافية "لكسر" الروابط بين المواد المتفاعلة ، يتبع ذلك تفاعل بين الهيدروجين والأكسجين. نظرًا لأن الهيدروجين يحتوي على طاقة تنشيط منخفضة ، فلا يلزم سوى شرارة صغيرة لتحفيز التفاعل مع الأكسجين.

مثل جميع أنواع الوقود ، تكون المواد المتفاعلة ، في هذه الحالة الهيدروجين والأكسجين ، عند مستوى طاقة أعلى من نواتج التفاعل. ينتج عن هذا الإطلاق الصافي للطاقة من التفاعل ، وهذا ما يُعرف بالتفاعل الطارد للحرارة. بعد تفاعل مجموعة واحدة من جزيئات الهيدروجين والأكسجين ، تحفز الطاقة المنبعثة الجزيئات الموجودة في الخليط المحيط على التفاعل ، مما يطلق المزيد من الطاقة. والنتيجة تفاعل سريع انفجاري يطلق الطاقة بسرعة على شكل حرارة وضوء وصوت.

على المستوى الجزيئي ، يكمن سبب الاختلاف في مستويات الطاقة بين المواد المتفاعلة والمنتجات في التكوينات الإلكترونية. لكل ذرات الهيدروجين إلكترون واحد. يتحدان في جزيئين بحيث يمكنهما مشاركة إلكترونين (واحد لكل منهما). هذا لأن غلاف الإلكترون الداخلي يكون في حالة طاقة أقل (وبالتالي أكثر استقرارًا) عندما يشغلها إلكترونان. تحتوي ذرات الأكسجين على ثمانية إلكترونات لكل منها. يتحدون معًا في جزيئات من اثنين من خلال مشاركة أربعة إلكترونات بحيث يتم شغل معظم أغلفة الإلكترونات الخارجية بالكامل بواسطة ثمانية إلكترونات لكل منها. ومع ذلك ، تنشأ محاذاة أكثر استقرارًا للإلكترونات عندما تشترك ذرتان من الهيدروجين في الإلكترون مع ذرة أكسجين واحدة. هناك حاجة إلى كمية صغيرة فقط من الطاقة "لإخراج" إلكترونات المواد المتفاعلة "من" مداراتها حتى تتمكن من إعادة الاصطفاف في المحاذاة الأكثر ثباتًا من حيث الطاقة ، وتشكيل جزيء جديد ، H2O.

بعد إعادة المحاذاة الإلكترونية بين الهيدروجين والأكسجين لإنشاء جزيء جديد ، يكون ناتج التفاعل هو الماء والحرارة. يمكن تسخير الحرارة للقيام بالعمل ، مثل قيادة التوربينات عن طريق تسخين المياه. يتم إنتاج المنتجات بسرعة بسبب الطبيعة الطاردة للحرارة والتفاعل المتسلسل لهذا التفاعل الكيميائي. مثل جميع التفاعلات الكيميائية ، لا يمكن عكس التفاعل بسهولة.