Hidrogenul este un combustibil foarte reactiv. Moleculele de hidrogen reacționează violent cu oxigenul atunci când legăturile moleculare existente se rup și se formează noi legături între atomii de oxigen și hidrogen. Deoarece produsele reacției sunt la un nivel de energie mai scăzut decât reactanții, rezultatul este o eliberare explozivă de energie și producerea de apă. Dar hidrogenul nu reacționează cu oxigenul la temperatura camerei, este necesară o sursă de energie pentru a aprinde amestecul.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Hidrogenul și oxigenul se vor combina pentru a produce apă - și vor da multă căldură în acest proces.
Mix de hidrogen și oxigen
Hidrogenul și gazele de oxigen se amestecă la temperatura camerei fără reacție chimică. Acest lucru se datorează faptului că viteza moleculelor nu furnizează suficientă energie cinetică pentru a activa reacția în timpul coliziunilor dintre reactanți. Se formează un amestec de gaze, cu potențialul de a reacționa violent dacă s-a introdus suficientă energie în amestec.
Energie activatoare
Introducerea unei scântei în amestec are ca rezultat temperaturi ridicate printre unele dintre moleculele de hidrogen și oxigen. Moleculele la temperaturi mai ridicate călătoresc mai repede și se ciocnesc cu mai multă energie. Dacă energiile de coliziune ating o energie de activare minimă suficientă pentru a „rupe” legăturile dintre reactanți, atunci urmează o reacție între hidrogen și oxigen. Deoarece hidrogenul are o energie de activare scăzută, este necesară doar o mică scânteie pentru a declanșa o reacție cu oxigenul.
Reacție exotermă
La fel ca toți combustibilii, reactanții, în acest caz hidrogenul și oxigenul, se află la un nivel de energie mai mare decât produsele reacției. Acest lucru are ca rezultat eliberarea netă de energie din reacție și aceasta este cunoscută sub numele de reacție exotermă. După ce un set de molecule de hidrogen și oxigen au reacționat, energia eliberată declanșează moleculele din amestecul din jur să reacționeze, eliberând mai multă energie. Rezultatul este o reacție explozivă, rapidă, care eliberează rapid energie sub formă de căldură, lumină și sunet.
Comportamentul electronilor
La nivel submolecular, motivul diferenței de niveluri de energie dintre reactanți și produse, constă în configurațiile electronice. Atomii de hidrogen au câte un electron. Se combină în molecule a două, astfel încât să poată împărtăși doi electroni (câte unul). Acest lucru se datorează faptului că învelișul de electroni din interior este la o stare de energie mai mică (și, prin urmare, mai stabilă) atunci când este ocupat de doi electroni. Atomii de oxigen au opt electroni fiecare. Se combină împreună în molecule de doi, împărtășind patru electroni, astfel încât cele mai exterioare cochilii de electroni să fie ocupate complet de opt electroni fiecare. Cu toate acestea, o aliniere mult mai stabilă a electronilor apare atunci când doi atomi de hidrogen împart un electron cu un atom de oxigen. Este necesară doar o cantitate mică de energie pentru a „scoate” electronii reactanților „afară” din orbita lor, astfel încât aceștia să se poată alinia în aliniere mai stabilă din punct de vedere energetic, formând o nouă moleculă, H2O.
Produse
În urma realinierii electronice între hidrogen și oxigen pentru a crea o nouă moleculă, produsul reacției este apa și căldura. Căldura poate fi valorificată pentru a funcționa, cum ar fi antrenarea turbinelor prin încălzirea apei. Produsele sunt produse rapid datorită naturii exoterme, de reacție în lanț a acestei reacții chimice. Ca toate reacțiile chimice, reacția nu este ușor reversibilă.