¿Qué sucede cuando el hidrógeno y el oxígeno se combinan?

El hidrógeno es un combustible muy reactivo. Las moléculas de hidrógeno reaccionan violentamente con el oxígeno cuando los enlaces moleculares existentes se rompen y se forman nuevos enlaces entre los átomos de oxígeno e hidrógeno. Como los productos de la reacción tienen un nivel de energía más bajo que los reactivos, el resultado es una liberación explosiva de energía y la producción de agua. Pero el hidrógeno no reacciona con el oxígeno a temperatura ambiente, se necesita una fuente de energía para encender la mezcla.

TL; DR (demasiado largo; No leí)

El hidrógeno y el oxígeno se combinarán para producir agua y emitirán mucho calor en el proceso.

Los gases de hidrógeno y oxígeno se mezclan a temperatura ambiente sin reacción química. Esto se debe a que la velocidad de las moléculas no proporciona suficiente energía cinética para activar la reacción durante las colisiones entre los reactivos. Se forma una mezcla de gases, con el potencial de reaccionar violentamente si se introduce suficiente energía en la mezcla.

La introducción de una chispa en la mezcla da como resultado temperaturas elevadas entre algunas de las moléculas de hidrógeno y oxígeno. Las moléculas a temperaturas más altas viajan más rápido y chocan con más energía. Si las energías de colisión alcanzan una energía de activación mínima suficiente para "romper" los enlaces entre los reactivos, se produce una reacción entre el hidrógeno y el oxígeno. Debido a que el hidrógeno tiene una energía de activación baja, solo se necesita una pequeña chispa para desencadenar una reacción con el oxígeno.

Como todos los combustibles, los reactivos, en este caso el hidrógeno y el oxígeno, tienen un nivel de energía más alto que los productos de la reacción. Esto da como resultado la liberación neta de energía de la reacción, y esto se conoce como reacción exotérmica. Después de que un conjunto de moléculas de hidrógeno y oxígeno ha reaccionado, la energía liberada hace que las moléculas de la mezcla circundante reaccionen, liberando más energía. El resultado es una reacción rápida y explosiva que libera energía rápidamente en forma de calor, luz y sonido.

A nivel submolecular, la razón de la diferencia en los niveles de energía entre los reactivos y los productos radica en las configuraciones electrónicas. Los átomos de hidrógeno tienen un electrón cada uno. Se combinan en moléculas de dos para que puedan compartir dos electrones (uno cada uno). Esto se debe a que la capa de electrones más interna está en un estado de menor energía (y por lo tanto más estable) cuando está ocupada por dos electrones. Los átomos de oxígeno tienen ocho electrones cada uno. Se combinan en moléculas de dos al compartir cuatro electrones de modo que sus capas de electrones más externas estén completamente ocupadas por ocho electrones cada una. Sin embargo, surge una alineación mucho más estable de electrones cuando dos átomos de hidrógeno comparten un electrón con un átomo de oxígeno. Sólo se necesita una pequeña cantidad de energía para "golpear" los electrones de los reactivos "fuera" de sus órbitas para que puedan realinearse en la alineación más estable energéticamente, formando una nueva molécula, H2O.

Tras la realineación electrónica entre el hidrógeno y el oxígeno para crear una nueva molécula, el producto de la reacción es agua y calor. El calor se puede aprovechar para realizar un trabajo, como impulsar turbinas calentando agua. Los productos se producen rápidamente debido a la naturaleza exotérmica de reacción en cadena de esta reacción química. Como todas las reacciones químicas, la reacción no es fácilmente reversible.