Co se stane, když se spojí vodík a kyslík?

Vodík je vysoce reaktivní palivo. Molekuly vodíku prudce reagují s kyslíkem, když se stávající molekulární vazby rozbijí a mezi atomy kyslíku a vodíku se vytvoří nové vazby. Protože produkty reakce jsou na nižší energetické úrovni než reaktanty, výsledkem je explozivní uvolňování energie a produkce vody. Vodík ale nereaguje s kyslíkem při pokojové teplotě, k zapálení směsi je zapotřebí zdroj energie.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Vodík a kyslík se spojí a vytvoří vodu - a při tom budou vydávat spoustu tepla.

Vodíkové a kyslíkové plyny se mísí při pokojové teplotě bez chemické reakce. Je to proto, že rychlost molekul neposkytuje dostatek kinetické energie k aktivaci reakce během srážek mezi reaktanty. Vytvoří se směs plynů s potenciálem prudce reagovat, pokud se do směsi zavede dostatek energie.

Zavedení jiskry do směsi má za následek zvýšené teploty mezi některými molekulami vodíku a kyslíku. Molekuly při vyšších teplotách cestují rychleji a kolidují s větší energií. Pokud srážkové energie dosáhnou minimální aktivační energie dostatečné k „rozbití“ vazeb mezi reaktanty, následuje reakce mezi vodíkem a kyslíkem. Protože vodík má nízkou aktivační energii, je ke spuštění reakce s kyslíkem zapotřebí jen malá jiskra.

Stejně jako všechna paliva jsou reaktanty, v tomto případě vodík a kyslík, na vyšší energetické úrovni než produkty reakce. To má za následek čisté uvolnění energie z reakce, což se označuje jako exotermická reakce. Poté, co jedna sada molekul vodíku a kyslíku zareaguje, uvolněná energie vyvolá reakci molekul v okolní směsi a uvolní více energie. Výsledkem je výbušná a rychlá reakce, při které se rychle uvolňuje energie ve formě tepla, světla a zvuku.

Na submolekulární úrovni spočívá důvod pro rozdíl v energetických hladinách mezi reaktanty a produkty v elektronických konfiguracích. Atomy vodíku mají každý jeden elektron. Spojují se do molekul dvou, takže mohou sdílet dva elektrony (každý po jednom). Je to proto, že vnitřní elektronový obal je v nízkoenergetickém stavu (a tedy stabilnější), když je obsazen dvěma elektrony. Atomy kyslíku mají každý osm elektronů. Spojují se dohromady v molekulách dvou sdílením čtyř elektronů, takže jejich nejvzdálenější elektronové skořápky jsou plně obsazeny osmi elektrony. Avšak mnohem stabilnější uspořádání elektronů nastává, když dva atomy vodíku sdílejí elektron s jedním atomem kyslíku. K „narušení“ elektronů reaktantů „z“ jejich drah je zapotřebí pouze malé množství energie, aby se mohly znovu vyrovnat v energeticky stabilnějším uspořádání a vytvořit novou molekulu H2O.

Po elektronickém přeskupení mezi vodíkem a kyslíkem za vzniku nové molekuly je produktem reakce voda a teplo. Teplo lze využít k práci, například k pohonu turbín ohřevem vody. Produkty se vyrábějí rychle díky exotermické řetězové reakci této chemické reakce. Stejně jako všechny chemické reakce není reakce snadno reverzibilní.