Vandenilis yra labai reaktyvus kuras. Vandenilio molekulės smarkiai reaguoja su deguonimi, kai esamos molekulinės jungtys nutrūksta ir tarp deguonies ir vandenilio atomų susidaro naujos jungtys. Kadangi reakcijos produktų energijos lygis yra žemesnis nei reaguojančių medžiagų, rezultatas yra sprogus energijos išsiskyrimas ir vandens susidarymas. Bet vandenilis kambario temperatūroje nereaguoja su deguonimi, mišiniui uždegti reikalingas energijos šaltinis.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Vandenilis ir deguonis sujungs vandenį ir išskirs daug šilumos.
Vandenilio ir deguonies mišinys
Vandenilio ir deguonies dujos maišosi kambario temperatūroje be jokios cheminės reakcijos. Taip yra todėl, kad molekulių greitis nesuteikia pakankamai kinetinės energijos reakcijai suaktyvinti susidūrus tarp reagentų. Susidaro dujų mišinys, kuris gali smarkiai reaguoti, jei į mišinį įnešama pakankamai energijos.
Aktyvinimo energija
Įvedus kibirkštį mišiniui, kai kuriose vandenilio ir deguonies molekulėse temperatūra pakyla. Aukštesnėje temperatūroje esančios molekulės greičiau keliauja ir susiduria su daugiau energijos. Jei susidūrimo energijos pasiekia mažiausią aktyvacijos energiją, kurios pakanka „nutraukti“ ryšiams tarp reagentų, seka vandenilio ir deguonies reakcija. Kadangi vandenilio aktyvavimo energija yra maža, reakcijai su deguonimi sukelti reikia tik nedidelės kibirkštėlės.
Egzoterminė reakcija
Kaip ir visų degalų, reagentų, šiuo atveju vandenilio ir deguonies, energijos lygis yra didesnis nei reakcijos produktų. Tai sukelia grynąjį reakcijos energijos išsiskyrimą, ir tai vadinama egzotermine reakcija. Po to, kai sureaguoja vienas vandenilio ir deguonies molekulių rinkinys, išsiskyrusi energija paskatina aplinkiniame mišinyje esančias molekules reaguoti, išskiriant daugiau energijos. Rezultatas - sprogi, greita reakcija, greitai išskirianti energiją šilumos, šviesos ir garso pavidalu.
Elektronų elgesys
Submolekuliniame lygmenyje reaktantų ir produktų energijos lygio skirtumo priežastis yra elektroninės konfigūracijos. Vandenilio atomai turi po vieną elektroną. Jie jungiasi į dviejų molekules, kad galėtų dalytis dviem elektronais (po vieną). Taip yra todėl, kad vidinis labiausiai elektronų apvalkalas yra žemesnės energijos būsenoje (taigi ir stabilesnis), kai jį užima du elektronai. Deguonies atomai turi po aštuonis elektronus. Jie susijungia į dviejų molekules dalindamiesi keturiais elektronais taip, kad jų išorinius elektronų apvalkalus visiškai užima aštuoni elektronai. Tačiau kur kas stabilesnis elektronų išsidėstymas atsiranda, kai du vandenilio atomai dalijasi elektronu su vienu deguonies atomu. Norint „išmušti“ iš orbitos reagentų elektronus, kad jie galėtų išsirikiuoti energetiškai stabilesnėje linijoje ir suformuoti naują molekulę H2O, reikalingas tik nedidelis energijos kiekis.
Produktai
Po elektroninio vandenilio ir deguonies sureguliavimo ir sukuriant naują molekulę, reakcijos produktas yra vanduo ir šiluma. Šilumą galima panaudoti darbui atlikti, pavyzdžiui, varant turbinas kaitinant vandenį. Produktai gaminami greitai dėl šios cheminės reakcijos egzoterminio, grandininės reakcijos pobūdžio. Kaip ir visos cheminės reakcijos, reakcija nėra lengvai grįžtama.