수소는 반응성이 높은 연료입니다. 수소 분자는 기존 분자 결합이 끊어지고 산소와 수소 원자 사이에 새로운 결합이 형성 될 때 산소와 격렬하게 반응합니다. 반응 생성물이 반응물보다 에너지 수준이 낮기 때문에 결과적으로 에너지가 폭발적으로 방출되고 물이 생성됩니다. 그러나 수소는 실온에서 산소와 반응하지 않으므로 혼합물을 점화하려면 에너지 원이 필요합니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
수소와 산소가 결합하여 물을 만들고 그 과정에서 많은 열을 발산합니다.
수소와 산소 혼합
수소와 산소 가스는 화학 반응없이 실온에서 혼합됩니다. 이는 분자의 속도가 반응물 간의 충돌 동안 반응을 활성화하기에 충분한 운동 에너지를 제공하지 않기 때문입니다. 충분한 에너지가 혼합물에 도입되면 격렬하게 반응 할 가능성이있는 가스 혼합물이 형성됩니다.
활성화 에너지
혼합물에 스파크를 도입하면 일부 수소 및 산소 분자의 온도가 상승합니다. 더 높은 온도의 분자는 더 빨리 이동하고 더 많은 에너지와 충돌합니다. 충돌 에너지가 반응물 사이의 결합을 "단절"하기에 충분한 최소 활성화 에너지에 도달하면 수소와 산소 사이의 반응이 이어집니다. 수소는 활성화 에너지가 낮기 때문에 산소와의 반응을 유발하는 데 작은 스파크 만 필요합니다.
발열 반응
모든 연료와 마찬가지로 반응물 (이 경우 수소 및 산소)은 반응 생성물보다 에너지 수준이 높습니다. 이로 인해 반응에서 에너지가 순 방출되며이를 발열 반응이라고합니다. 한 세트의 수소와 산소 분자가 반응 한 후 방출 된 에너지는 주변 혼합물의 분자가 반응하도록하여 더 많은 에너지를 방출합니다. 그 결과 열, 빛, 소리의 형태로 에너지를 빠르게 방출하는 폭발적이고 빠른 반응이 나타납니다.
전자 행동
저분자 수준에서 반응물과 생성물 간의 에너지 수준 차이의 원인은 전자 구성에 있습니다. 수소 원자는 각각 하나의 전자를 가지고 있습니다. 그들은 두 개의 분자로 결합하여 두 개의 전자 (각각 하나씩)를 공유 할 수 있습니다. 이것은 가장 안쪽의 전자 껍질이 두 개의 전자가 차지할 때 더 낮은 에너지 상태 (따라서 더 안정적)이기 때문입니다. 산소 원자는 각각 8 개의 전자를 가지고 있습니다. 그들은 4 개의 전자를 공유하여 2 개의 분자로 결합하여 가장 바깥 쪽의 전자 껍질이 각각 8 개의 전자로 완전히 점유되도록합니다. 그러나 두 개의 수소 원자가 하나의 산소 원자와 전자를 공유 할 때 훨씬 더 안정적인 전자 정렬이 발생합니다. 반응물의 전자를 궤도 "밖으로" "충돌"하는 데는 소량의 에너지 만 필요하므로보다 에너지 적으로 안정된 정렬로 다시 정렬하여 새로운 분자 인 H2O를 형성 할 수 있습니다.
제품
새로운 분자를 생성하기 위해 수소와 산소 사이의 전자적 재정렬에 따라 반응의 산물은 물과 열입니다. 열은 물을 가열하여 터빈을 구동하는 것과 같은 작업을 수행하는 데 활용할 수 있습니다. 이 화학 반응의 발열 성 연쇄 반응 특성으로 인해 제품이 빠르게 생산됩니다. 모든 화학 반응과 마찬가지로 반응은 쉽게 되돌릴 수 없습니다.