Conţinut
Hidrogenul este un combustibil foarte reactiv. Moleculele sale reacționează violent cu oxigenul atunci când legăturile moleculare existente se rup și se formează noi legături între atomii de oxigen și hidrogen. Deoarece produsele de reacție au 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.
Amestec de hidrogen și oxigen
Gazele de hidrogen și 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 este introdusă suficientă energie în amestec.
Energie activatoare
Introducerea unei scântei în amestec duce la temperaturi ridicate între 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 are loc reacția. Deoarece hidrogenul are o energie de activare scăzută, este necesară doar o mică scânteie pentru a iniția reacția cu oxigenul.
Reacție exotermă
La fel ca toți combustibilii, reactanții, în acest caz hidrogenul și oxigenul, sunt la un nivel de energie mai mare decât produsele reacției. Acest lucru are ca rezultat eliberarea comună de energie din reacție și aceasta este cunoscută sub numele de reacție exotermă. După ce o anumită cantitate de molecule de hidrogen și oxigen au reacționat, energia eliberată face ca și moleculele din jur să reacționeze, eliberând mai multă energie. Rezultatul este o reacție rapidă și explozivă, care eliberează rapid energie sub formă de căldură, lumină și sunet.
Comportamentul electronic
La nivel submolecular, motivul diferenței de niveluri de energie dintre reactivi și produse constă în configurația electronică. Atomii de hidrogen au câte un electron. Se combină în molecule de doi atomi astfel încât să poată împărți doi electroni (unul din fiecare). Acest lucru se datorează faptului că cel mai interior nivel electronic se află într-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 în molecule cu doi atomi care împart patru electroni, astfel încât învelișurile lor electronice exterioare sunt complet ocupate de opt electroni fiecare. Cu toate acestea, o aliniere a electronilor mult mai stabilă 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 din orbita lor, astfel încât să se poată alinia în formația cea mai stabilă din punct de vedere energetic, formând noua moleculă, H2O.
Produse
În urma realinierii electronice dintre hidrogen și oxigen pentru a crea o nouă moleculă, produsul reacției este apa și căldura. Căldura poate fi valorificată pentru a produce muncă, cum ar fi antrenarea turbinelor de încălzire a apei. Produsele sunt generate rapid datorită naturii exoterme a reacției în lanț. Ca și în cazul tuturor reacțiilor chimice, acest proces nu este ușor reversibil.