Mitä tapahtuu, kun vety ja happi yhdistyvät?

Vety on erittäin reaktiivinen polttoaine. Vetymolekyylit reagoivat väkivaltaisesti hapen kanssa, kun olemassa olevat molekyylisidokset katkeavat ja hapen ja vetyatomien välille muodostuu uusia sidoksia. Koska reaktion tuotteet ovat matalammalla energiatasolla kuin reagoivat aineet, seurauksena on energian räjähdysherkkä vapautuminen ja veden muodostuminen. Mutta vety ei reagoi hapen kanssa huoneenlämpötilassa, seoksen syttymiseen tarvitaan energialähde.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Vety ja happi yhdistyvät muodostaen vettä - ja antavat prosessissa runsaasti lämpöä.

Vety- ja happikaasut sekoittuvat huoneenlämpötilassa ilman kemiallisia reaktioita. Tämä johtuu siitä, että molekyylien nopeus ei tarjoa riittävästi kineettistä energiaa reaktion aktivoimiseksi reaktanttien välisten törmäysten aikana. Muodostuu kaasuseos, joka voi reagoida rajusti, jos seokseen syötetään riittävästi energiaa.

Kipinän lisääminen seokseen johtaa kohonneisiin lämpötiloihin joidenkin vety- ja happimolekyylien joukossa. Molekyylit korkeammissa lämpötiloissa kulkevat nopeammin ja törmäävät enemmän energiaan. Jos törmäysenergiat saavuttavat pienimmän aktivointienergian, joka riittää "katkaisemaan" reaktanttien väliset sidokset, seuraa vedyn ja hapen välinen reaktio. Koska vedyllä on pieni aktivointienergia, tarvitaan vain pieni kipinä reaktion käynnistämiseksi hapen kanssa.

Kuten kaikki polttoaineet, myös reagenssit, tässä tapauksessa vety ja happi, ovat korkeammalla energiatasolla kuin reaktion tuotteet. Tämä johtaa energian nettovapautumiseen reaktiosta, ja tämä tunnetaan eksotermisenä reaktiona. Kun yksi vety- ja happimolekyyliryhmä on reagoinut, vapautunut energia saa ympäröivän seoksen molekyylit reagoimaan vapauttamalla enemmän energiaa. Tuloksena on räjähtävä, nopea reaktio, joka vapauttaa energiaa nopeasti lämmön, valon ja äänen muodossa.

Submolekyylitasolla syy reaktanttien ja tuotteiden energiatasojen eroon on elektronisissa kokoonpanoissa. Vetyatomissa on yksi elektroni. Ne yhdistyvät kahden molekyylin joukkoon, jotta he voivat jakaa kaksi elektronia (yksi kumpikin). Tämä johtuu siitä, että sisimmän elektronikuori on pienemmässä energiatilassa (ja siten vakaampi), kun se on kahden elektronin käytössä. Happiatomeissa on kukin kahdeksan elektronia. Ne yhdistyvät kahden molekyylin kesken jakamalla neljä elektronia siten, että niiden uloimman elektronin kuoret ovat kokonaan kahdeksan elektronin käytössä. Elektronien kohdistus syntyy kuitenkin paljon vakaammin, kun kaksi vetyatomia jakaa elektronin yhden happiatomin kanssa. Vain pieni määrä energiaa tarvitaan reaktanttien elektronien "pudottamiseksi" kiertoradoiltaan, jotta ne voivat kohdentua uudelleen energeettisesti vakaammassa linjassa muodostaen uuden molekyylin, H2O.

Vedyn ja hapen välisen elektronisen kohdentamisen jälkeen uuden molekyylin luomiseksi reaktion tuote on vesi ja lämpö. Lämpö voidaan hyödyntää työn tekemiseen, kuten turbiinien käyttämiseen lämmittämällä vettä. Tuotteet valmistetaan nopeasti tämän kemiallisen reaktion eksotermisen, ketjureaktion vuoksi. Kuten kaikki kemialliset reaktiot, reaktio ei ole helposti palautuva.