Hva skjer når hydrogen og oksygen kombineres?

Hydrogen er et svært reaktivt drivstoff. Hydrogenmolekyler reagerer voldsomt med oksygen når de eksisterende molekylære bindinger brytes og nye bindinger dannes mellom oksygen og hydrogenatomer. Ettersom produktene av reaksjonen har et lavere energinivå enn reaktantene, er resultatet en eksplosiv frigjøring av energi og produksjon av vann. Men hydrogen reagerer ikke med oksygen ved romtemperatur, det kreves en energikilde for å antenne blandingen.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Hydrogen og oksygen vil kombineres for å lage vann - og avgir rikelig med varme i prosessen.

Hydrogen og oksygengasser blandes ved romtemperatur uten kjemisk reaksjon. Dette fordi molekylenes hastighet ikke gir nok kinetisk energi til å aktivere reaksjonen under kollisjoner mellom reaktantene. Det dannes en blanding av gasser, med potensial til å reagere voldsomt hvis tilstrekkelig energi ble introdusert til blandingen.

Innføring av en gnist til blandingen resulterer i økte temperaturer blant noen av hydrogen- og oksygenmolekylene. Molekyler ved høyere temperaturer går raskere og kolliderer med mer energi. Hvis kollisjonsenergier når et minimum av aktiveringsenergi som er tilstrekkelig til å "bryte" båndene mellom reaktantene, så følger en reaksjon mellom hydrogen og oksygen. Fordi hydrogen har lav aktiveringsenergi, trengs bare en liten gnist for å utløse en reaksjon med oksygen.

Som alle drivstoff, er reaktantene, i dette tilfellet hydrogen og oksygen, på et høyere energinivå enn reaksjonsproduktene. Dette resulterer i netto frigjøring av energi fra reaksjonen, og dette er kjent som en eksoterm reaksjon. Etter at ett sett av hydrogen- og oksygenmolekyler har reagert, utløser energien som frigjør molekyler i den omkringliggende blandingen til å reagere, og frigjør mer energi. Resultatet er en eksplosiv, rask reaksjon som frigjør energi raskt i form av varme, lys og lyd.

På et submolekylært nivå ligger årsaken til forskjellen i energinivå mellom reaktantene og produktene med elektroniske konfigurasjoner. Hydrogenatomer har ett elektron hver. De kombineres i molekyler på to slik at de kan dele to elektroner (en hver). Dette er fordi det innerste elektronskallet er i lavere energitilstand (og derfor mer stabilt) når det er okkupert av to elektroner. Oksygenatomer har åtte elektroner hver. De kombineres i molekyler av to ved å dele fire elektroner slik at deres ytterste elektronskall er fullt opptatt av åtte elektroner hver. Imidlertid oppstår en langt mer stabil justering av elektroner når to hydrogenatomer deler et elektron med ett oksygenatom. Bare en liten mengde energi er nødvendig for å "bumpe" elektronene til reaktantene "ut" av banene sine, slik at de kan omstille seg i den mer energisk stabile justeringen og danne et nytt molekyl, H2O.

Etter den elektroniske justeringen mellom hydrogen og oksygen for å skape et nytt molekyl, er produktet av reaksjonen vann og varme. Varmen kan utnyttes for å utføre arbeid, for eksempel å drive turbiner ved å varme opp vann. Produktene produseres raskt på grunn av den kjemiske reaksjonens eksoterme kjedereaksjon. Som alle kjemiske reaksjoner er reaksjonen ikke lett reversibel.