จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อไฮโดรเจนและออกซิเจนรวมกัน?

ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่มีปฏิกิริยาสูง โมเลกุลของไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนอย่างรุนแรงเมื่อพันธะโมเลกุลที่มีอยู่แตกออกและเกิดพันธะใหม่ขึ้นระหว่างอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจน เนื่องจากผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยามีระดับพลังงานต่ำกว่าตัวทำปฏิกิริยา ผลลัพธ์ที่ได้คือการระเบิดของพลังงานและการผลิตน้ำ แต่ไฮโดรเจนไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่อุณหภูมิห้อง จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานในการจุดไฟให้ส่วนผสม

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ไฮโดรเจนและออกซิเจนจะรวมกันเป็นน้ำ และปล่อยความร้อนจำนวนมากในกระบวนการนี้

ก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนผสมกันที่อุณหภูมิห้องโดยไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี เนื่องจากความเร็วของโมเลกุลไม่ให้พลังงานจลน์เพียงพอที่จะกระตุ้นปฏิกิริยาระหว่างการชนกันระหว่างสารตั้งต้น ส่วนผสมของก๊าซจะก่อตัวขึ้น โดยมีศักยภาพที่จะเกิดปฏิกิริยารุนแรงหากนำพลังงานที่เพียงพอเข้าสู่ส่วนผสม

การนำประกายไฟมาสู่ส่วนผสมส่งผลให้อุณหภูมิสูงขึ้นท่ามกลางโมเลกุลของไฮโดรเจนและออกซิเจนบางส่วน โมเลกุลที่อุณหภูมิสูงขึ้นจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นและชนกับพลังงานมากขึ้น หากพลังงานการชนไปถึงพลังงานกระตุ้นขั้นต่ำเพียงพอที่จะ "ทำลาย" พันธะระหว่างสารตั้งต้น ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับออกซิเจนจะตามมา เนื่องจากไฮโดรเจนมีพลังงานกระตุ้นต่ำจึงจำเป็นต้องใช้ประกายไฟเพียงเล็กน้อยเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยากับออกซิเจน

เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงทั้งหมด สารตั้งต้นในกรณีนี้คือไฮโดรเจนและออกซิเจนมีระดับพลังงานที่สูงกว่าผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา ซึ่งส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานสุทธิจากปฏิกิริยา และสิ่งนี้เรียกว่าปฏิกิริยาคายความร้อน หลังจากที่โมเลกุลไฮโดรเจนและออกซิเจนชุดหนึ่งทำปฏิกิริยาแล้ว พลังงานที่ปล่อยออกมาจะกระตุ้นโมเลกุลในส่วนผสมที่อยู่รอบๆ เพื่อทำปฏิกิริยา โดยปล่อยพลังงานออกมามากขึ้น ผลที่ได้คือปฏิกิริยาที่ระเบิดและรวดเร็วซึ่งปล่อยพลังงานออกมาอย่างรวดเร็วในรูปของความร้อน แสง และเสียง

ในระดับโมเลกุลย่อย สาเหตุของความแตกต่างของระดับพลังงานระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์นั้นขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ อะตอมไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนละหนึ่งอิเล็กตรอน พวกมันรวมกันเป็นโมเลกุลของสองตัวเพื่อให้สามารถแบ่งอิเล็กตรอนได้สองตัว (อย่างละตัว) นี่เป็นเพราะว่าเปลือกอิเล็กตรอนชั้นในสุดมีสถานะพลังงานต่ำกว่า (และมีเสถียรภาพมากกว่า) เมื่อถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนสองตัว อะตอมของออกซิเจนมีอิเล็กตรอนแต่ละตัวแปดตัว พวกมันรวมกันเป็นโมเลกุลสองอันโดยแบ่งอิเล็กตรอนสี่ตัวเพื่อให้เปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของพวกมันถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนแปดตัว อย่างไรก็ตาม การเรียงตัวของอิเล็กตรอนที่เสถียรกว่านั้นเกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนสองอะตอมแบ่งอิเล็กตรอนหนึ่งอะตอมกับออกซิเจนหนึ่งอะตอม จำเป็นต้องใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยในการ "กระแทก" อิเล็กตรอนของสารตั้งต้น "ออกจาก" วงโคจรของพวกมัน เพื่อให้พวกมันสามารถปรับตำแหน่งใหม่ให้อยู่ในแนวเดียวกันที่มีพลังมากขึ้น ก่อตัวเป็นโมเลกุลใหม่ H2O

หลังจากการปรับแนวอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อสร้างโมเลกุลใหม่ ผลคูณของปฏิกิริยาคือน้ำและความร้อน ความร้อนสามารถควบคุมการทำงานได้ เช่น การขับกังหันด้วยการทำน้ำร้อน ผลิตภัณฑ์ถูกผลิตขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากปฏิกิริยาคายความร้อนและปฏิกิริยาลูกโซ่ของปฏิกิริยาเคมีนี้ เช่นเดียวกับปฏิกิริยาเคมีทั้งหมด ปฏิกิริยาไม่สามารถย้อนกลับได้ง่าย