O que acontece quando o hidrogênio e o oxigênio se combinam?

O hidrogênio é um combustível altamente reativo. As moléculas de hidrogênio reagem violentamente com o oxigênio quando as ligações moleculares existentes se rompem e novas ligações são formadas entre os átomos de oxigênio e hidrogênio. Como os produtos da reação têm um nível de energia inferior ao dos reagentes, o resultado é uma liberação explosiva de energia e a produção de água. Mas o hidrogênio não reage com o oxigênio à temperatura ambiente, uma fonte de energia é necessária para inflamar a mistura.

TL; DR (muito longo; Não li)

O hidrogênio e o oxigênio se combinam para formar água - e liberar muito calor no processo.

Os gases hidrogênio e oxigênio se misturam à temperatura ambiente sem reação química. Isso ocorre porque a velocidade das moléculas não fornece energia cinética suficiente para ativar a reação durante as colisões entre os reagentes. Uma mistura de gases é formada, com potencial para reagir violentamente se energia suficiente for introduzida na mistura.

A introdução de uma faísca na mistura resulta em temperaturas elevadas entre algumas das moléculas de hidrogênio e oxigênio. Moléculas em temperaturas mais altas viajam mais rápido e colidem com mais energia. Se as energias de colisão atingirem uma energia de ativação mínima suficiente para "quebrar" as ligações entre os reagentes, ocorrerá uma reação entre o hidrogênio e o oxigênio. Como o hidrogênio tem uma energia de ativação baixa, apenas uma pequena faísca é necessária para desencadear uma reação com o oxigênio.

Como todos os combustíveis, os reagentes, neste caso hidrogênio e oxigênio, estão em um nível de energia mais alto do que os produtos da reação. Isso resulta na liberação de energia da reação, e isso é conhecido como uma reação exotérmica. Depois que um conjunto de moléculas de hidrogênio e oxigênio reagiu, a energia liberada faz com que as moléculas da mistura circundante reajam, liberando mais energia. O resultado é uma reação explosiva e rápida que libera energia rapidamente na forma de calor, luz e som.

Em um nível submolecular, a razão para a diferença nos níveis de energia entre os reagentes e produtos, reside nas configurações eletrônicas. Os átomos de hidrogênio têm um elétron cada. Eles se combinam em moléculas de dois para que possam compartilhar dois elétrons (um cada). Isso ocorre porque a camada mais interna do elétron está em um estado de menor energia (e, portanto, mais estável) quando ocupada por dois elétrons. Os átomos de oxigênio têm oito elétrons cada. Eles se combinam em moléculas de dois, compartilhando quatro elétrons, de modo que suas camadas externas de elétrons são totalmente ocupadas por oito elétrons cada. No entanto, um alinhamento muito mais estável de elétrons surge quando dois átomos de hidrogênio compartilham um elétron com um átomo de oxigênio. Apenas uma pequena quantidade de energia é necessária para "empurrar" os elétrons dos reagentes "para fora" de suas órbitas para que eles possam se realinhar no alinhamento mais energeticamente estável, formando uma nova molécula, H2O.

Seguindo o realinhamento eletrônico entre hidrogênio e oxigênio para criar uma nova molécula, o produto da reação é água e calor. O calor pode ser aproveitado para fazer trabalhos, como acionar turbinas aquecendo água. Os produtos são produzidos rapidamente devido à natureza exotérmica de reação em cadeia dessa reação química. Como todas as reações químicas, a reação não é facilmente reversível.