Vad händer när väte och syre kombineras?

Väte är ett mycket reaktivt bränsle. Vätemolekyler reagerar våldsamt med syre när de befintliga molekylära bindningarna bryts och nya bindningar bildas mellan syre och väteatomer. Eftersom reaktionsprodukterna har en lägre energinivå än reaktanterna är resultatet en explosiv frigöring av energi och produktion av vatten. Men väte reagerar inte med syre vid rumstemperatur, det behövs en energikälla för att antända blandningen.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Väte och syre kommer tillsammans att bilda vatten - och avge mycket värme i processen.

Väte och syrgas blandas vid rumstemperatur utan kemisk reaktion. Detta beror på att molekylernas hastighet inte ger tillräckligt med kinetisk energi för att aktivera reaktionen under kollisioner mellan reaktanterna. En blandning av gaser bildas med potential att reagera våldsamt om tillräcklig energi infördes i blandningen.

Introduktion av en gnista till blandningen resulterar i ökade temperaturer bland några av väte- och syremolekylerna. Molekyler vid högre temperaturer går snabbare och kolliderar med mer energi. Om kollisionsenergier når en minimal aktiveringsenergi som är tillräcklig för att "bryta" bindningarna mellan reaktanterna, så följer en reaktion mellan väte och syre. Eftersom väte har låg aktiveringsenergi behövs bara en liten gnista för att utlösa en reaktion med syre.

Liksom alla bränslen har reaktanterna, i detta fall väte och syre, en högre energinivå än reaktionsprodukterna. Detta resulterar i nettofrigöring av energi från reaktionen, och detta är känt som en exoterm reaktion. Efter att en uppsättning väte- och syremolekyler har reagerat utlöser den frigjorda energin molekyler i den omgivande blandningen att reagera, vilket frigör mer energi. Resultatet är en explosiv, snabb reaktion som snabbt frigör energi i form av värme, ljus och ljud.

På en submolekylär nivå ligger orsaken till skillnaden i energinivåer mellan reaktanterna och produkterna med elektroniska konfigurationer. Väteatomer har en elektron vardera. De kombineras i molekyler på två så att de kan dela två elektroner (en vardera). Detta beror på att det inre elektronskalet är i lägre energiläge (och därför mer stabilt) när det upptas av två elektroner. Syreatomer har åtta elektroner vardera. De kombineras i molekyler av två genom att dela fyra elektroner så att deras yttersta elektronskal är helt ockuperade av åtta elektroner vardera. Emellertid uppstår en mycket mer stabil inriktning av elektroner när två väteatomer delar en elektron med en syreatom. Endast en liten mängd energi behövs för att "stöta" elektronerna från reaktanterna "ur" sina banor så att de kan anpassa sig till den mer energiskt stabila inriktningen och bilda en ny molekyl, H2O.

Efter den elektroniska justeringen mellan väte och syre för att skapa en ny molekyl är reaktionens produkt vatten och värme. Värmen kan utnyttjas för att utföra arbete, som att driva turbiner genom att värma upp vatten. Produkterna produceras snabbt på grund av den kemiska reaktionens exoterma kedjereaktionskaraktär. Liksom alla kemiska reaktioner är reaktionen inte lätt reversibel.