Cosa succede quando l'idrogeno e l'ossigeno si combinano?

L'idrogeno è un combustibile altamente reattivo. Le molecole di idrogeno reagiscono violentemente con l'ossigeno quando i legami molecolari esistenti si rompono e si formano nuovi legami tra ossigeno e atomi di idrogeno. Poiché i prodotti della reazione sono a un livello energetico inferiore rispetto ai reagenti, il risultato è un rilascio esplosivo di energia e la produzione di acqua. Ma l'idrogeno non reagisce con l'ossigeno a temperatura ambiente, è necessaria una fonte di energia per accendere la miscela.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

L'idrogeno e l'ossigeno si uniranno per produrre acqua e nel processo emetteranno molto calore.

I gas di idrogeno e ossigeno si mescolano a temperatura ambiente senza reazioni chimiche. Questo perché la velocità delle molecole non fornisce energia cinetica sufficiente per attivare la reazione durante le collisioni tra i reagenti. Si forma una miscela di gas, con il potenziale di reagire violentemente se viene introdotta nella miscela energia sufficiente.

L'introduzione di una scintilla nella miscela determina un aumento delle temperature tra alcune delle molecole di idrogeno e ossigeno. Le molecole a temperature più elevate viaggiano più velocemente e si scontrano con più energia. Se le energie di collisione raggiungono un'energia di attivazione minima sufficiente a "rompere" i legami tra i reagenti, segue una reazione tra idrogeno e ossigeno. Poiché l'idrogeno ha una bassa energia di attivazione, è necessaria solo una piccola scintilla per innescare una reazione con l'ossigeno.

Come tutti i combustibili, i reagenti, in questo caso idrogeno e ossigeno, sono a un livello energetico superiore ai prodotti della reazione. Ciò si traduce nel rilascio netto di energia dalla reazione, e questo è noto come reazione esotermica. Dopo che una serie di molecole di idrogeno e ossigeno ha reagito, l'energia rilasciata fa reagire le molecole nella miscela circostante, rilasciando più energia. Il risultato è una reazione esplosiva e rapida che rilascia rapidamente energia sotto forma di calore, luce e suono.

A livello submolecolare, la ragione della differenza nei livelli di energia tra reagenti e prodotti risiede nelle configurazioni elettroniche. Gli atomi di idrogeno hanno un elettrone ciascuno. Si combinano in molecole di due in modo che possano condividere due elettroni (uno ciascuno). Questo perché il guscio elettronico più interno si trova a uno stato di energia inferiore (e quindi più stabile) quando è occupato da due elettroni. Gli atomi di ossigeno hanno otto elettroni ciascuno. Si combinano insieme in molecole di due condividendo quattro elettroni in modo che i loro gusci elettronici più esterni siano completamente occupati da otto elettroni ciascuno. Tuttavia, un allineamento degli elettroni molto più stabile si verifica quando due atomi di idrogeno condividono un elettrone con un atomo di ossigeno. È necessaria solo una piccola quantità di energia per "spingere" gli elettroni dei reagenti "fuori" dalle loro orbite in modo che possano riallinearsi nell'allineamento energeticamente più stabile, formando una nuova molecola, H2O.

In seguito al riallineamento elettronico tra idrogeno e ossigeno per creare una nuova molecola, il prodotto della reazione è acqua e calore. Il calore può essere sfruttato per svolgere lavori, come azionare le turbine riscaldando l'acqua. I prodotti vengono prodotti rapidamente a causa della natura esotermica di reazione a catena di questa reazione chimica. Come tutte le reazioni chimiche, la reazione non è facilmente reversibile.