Hvad sker der, når brint og ilt kombineres?

Brint er et stærkt reaktivt brændstof. Brintmolekyler reagerer voldsomt med ilt, når de eksisterende molekylære bindinger brydes, og der dannes nye bindinger mellem ilt og brintatomer. Da reaktionsprodukterne har et lavere energiniveau end reaktanterne, er resultatet en eksplosiv frigivelse af energi og produktion af vand. Men brint reagerer ikke med ilt ved stuetemperatur, det er nødvendigt med en energikilde for at antænde blandingen.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

Brint og ilt kombineres for at skabe vand - og afgiver masser af varme i processen.

Brint- og iltgasser blandes ved stuetemperatur uden kemisk reaktion. Dette skyldes, at molekylernes hastighed ikke giver tilstrækkelig kinetisk energi til at aktivere reaktionen under kollisioner mellem reaktanterne. Der dannes en blanding af gasser med potentiale til at reagere voldsomt, hvis der blev tilført tilstrækkelig energi til blandingen.

Introduktion af en gnist til blandingen resulterer i forhøjede temperaturer blandt nogle af hydrogen- og iltmolekylerne. Molekyler ved højere temperaturer kører hurtigere og kolliderer med mere energi. Hvis kollisionsenergier når en minimal aktiveringsenergi, der er tilstrækkelig til at "bryde" båndene mellem reaktanterne, så følger en reaktion mellem hydrogen og ilt. Fordi brint har en lav aktiveringsenergi, er det kun nødvendigt med en lille gnist for at udløse en reaktion med ilt.

Som alle brændstoffer har reaktanterne, i dette tilfælde brint og ilt, et højere energiniveau end reaktionsprodukterne. Dette resulterer i netto frigivelse af energi fra reaktionen, og dette er kendt som en eksoterm reaktion. Efter at et sæt brint- og iltmolekyler har reageret, udløser den frigivne energi molekyler i den omgivende blanding til at reagere og frigiver mere energi. Resultatet er en eksplosiv, hurtig reaktion, der hurtigt frigiver energi i form af varme, lys og lyd.

På et submolekylært niveau ligger årsagen til forskellen i energiniveauer mellem reaktanterne og produkterne med elektroniske konfigurationer. Brintatomer har hver én elektron. De kombineres i molekyler på to, så de kan dele to elektroner (en hver). Dette skyldes, at den inderste elektronskal er i en lavere energitilstand (og derfor mere stabil), når den er optaget af to elektroner. Oxygenatomer har otte elektroner hver. De kombineres sammen i molekyler på to ved at dele fire elektroner, så deres yderste elektronskaller er fuldt optaget af otte elektroner hver. Imidlertid opstår en langt mere stabil tilpasning af elektroner, når to hydrogenatomer deler en elektron med et iltatom. Kun en lille mængde energi er nødvendig for at "bumpe" elektronerne fra reaktanterne "ud" af deres baner, så de kan tilpasse sig igen i den mere energisk stabile opstilling og danne et nyt molekyle, H2O.

Efter den elektroniske justering mellem brint og ilt for at skabe et nyt molekyle er reaktionens produkt vand og varme. Varmen kan udnyttes til at udføre arbejde, såsom at drive turbiner ved opvarmning af vand. Produkterne produceres hurtigt på grund af denne kemiske reaktions eksoterme kædereaktionskarakter. Som alle kemiske reaktioner er reaktionen ikke let reversibel.