Tartalom
A hidrogén rendkívül reaktív üzemanyag. Molekulái hevesen reagálnak az oxigénnel, amikor a meglévő molekuláris kötések megszakadnak, és új kötések jönnek létre az oxigén- és hidrogénatomok között. Mivel a reakciótermékek energiatartalma alacsonyabb, mint a reaktánsoké, ennek eredményeként az energia robbanásszerűen felszabadul és víz keletkezik. De a hidrogén szobahőmérsékleten nem reagál az oxigénnel, a keverék meggyújtásához energiaforrásra van szükség.
Hidrogén és oxigén keveréke
A hidrogén- és oxigéngáz szobahőmérsékleten vegyi reakció nélkül keveredik. A molekulák sebessége ugyanis nem biztosít elegendő kinetikus energiát a reakció aktiválására a reaktánsok közötti ütközések során. Gázkeverék képződik, amely heves reakcióba léphet, ha elegendő energia kerül a keverékbe.
Aktiválási energia
Szikra bevezetése a keverékbe magas hőmérsékletet eredményez a hidrogén- és oxigénmolekulák egy része között. A magasabb hőmérsékleten lévő molekulák gyorsabban haladnak és több energiával ütköznek. Ha az ütközési energiák elérik a minimális aktiválási energiát, amely elegendő a reaktánsok közötti kötések "megszakításához", akkor a reakció megtörténik. Mivel a hidrogén alacsony aktivációs energiával rendelkezik, csak egy kis szikra szükséges az oxigénnel történő reakció megindításához.
Exoterm reakció
Mint minden üzemanyag, a reagensek, ebben az esetben is a hidrogén és az oxigén, magasabb energiaszinten vannak, mint a reakció termékei. Ez együttes energia felszabadulást eredményez a reakcióból, és ezt exoterm reakciónak nevezik. Miután egy bizonyos mennyiségű hidrogén- és oxigénmolekula reagált, a felszabaduló energia a környező molekulákat is reakcióba hozza, és több energiát szabadít fel. Az eredmény egy gyors és robbanásszerű reakció, amely gyorsan felszabadítja az energiát hő, fény és hang formájában.
Elektronikus viselkedés
Szubmolekuláris szinten a reagensek és a termékek közötti energiaszintbeli különbség oka az elektronikus konfigurációban rejlik. A hidrogénatomoknak egy-egy elektronja van. Két atom molekulájává egyesülnek, így két elektronot fel tudnak osztani (mindegyikből egyet). Ennek oka, hogy a legbelső elektronikus szint alacsonyabb (és ezért stabilabb) energiaállapotban van, ha két elektron foglalja el. Az oxigénatomok mindegyike nyolc elektron. Két atomú molekulákká egyesülnek, amelyek négy elektronon osztoznak, így a legkülső elektronikus rétegeiket teljesen mindegyik nyolc elektron foglalja el. Sokkal stabilabb elektronillesztés következik be, amikor két hidrogénatom megosztja az elektront egy oxigénatommal. Csak kis mennyiségű energiára van szükség ahhoz, hogy az elektronokat kivigye pályájukról, hogy az energia szempontjából legstabilabb formációban újrarendezhessék magukat, és így képezzék az új molekulát, a H2O-t.
Termékek
A hidrogén és az oxigén közötti új molekulát létrehozó elektronikus átrendeződést követően a reakció terméke a víz és a hő. A hő felhasználható munka előállítására, például vízmelegítő turbinák meghajtására. A láncreakció exoterm jellege miatt a termékek gyorsan keletkeznek. Mint minden kémiai reakcióban, ez a folyamat sem könnyen visszafordítható.