Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Mieszanka wodoru i tlenu
- Energia aktywacji
- Reakcja egzotermiczna
- Zachowanie elektronów
- Produkty
Wodór jest wysoce reaktywnym paliwem. Cząsteczki wodoru gwałtownie reagują z tlenem, gdy istniejące wiązania molekularne pękają i powstają nowe wiązania między atomami tlenu i wodoru. Ponieważ produkty reakcji mają niższy poziom energii niż reagenty, rezultatem jest gwałtowne uwolnienie energii i wytwarzanie wody. Ale wodór nie reaguje z tlenem w temperaturze pokojowej, źródło energii jest potrzebne do zapłonu mieszaniny.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Wodór i tlen połączą się, tworząc wodę - i wydzielą dużo ciepła w procesie.
Mieszanka wodoru i tlenu
Wodór i gazy tlenowe mieszają się w temperaturze pokojowej bez reakcji chemicznej. Jest tak, ponieważ prędkość cząsteczek nie zapewnia wystarczającej energii kinetycznej, aby aktywować reakcję podczas zderzeń między reagentami. Powstaje mieszanina gazów, która może gwałtownie reagować, jeśli do mieszaniny zostanie wprowadzona wystarczająca energia.
Energia aktywacji
Wprowadzenie iskry do mieszaniny powoduje podwyższenie temperatury między niektórymi cząsteczkami wodoru i tlenu. Cząsteczki w wyższych temperaturach przemieszczają się szybciej i zderzają się z większą energią. Jeśli energie zderzenia osiągną minimalną energię aktywacji wystarczającą do „zerwania” wiązań między reagentami, następuje reakcja między wodorem i tlenem. Ponieważ wodór ma niską energię aktywacji, do wywołania reakcji z tlenem potrzebna jest tylko niewielka iskra.
Reakcja egzotermiczna
Podobnie jak wszystkie paliwa, reagenty, w tym przypadku wodór i tlen, mają wyższy poziom energii niż produkty reakcji. Powoduje to uwolnienie netto energii z reakcji i jest to znane jako reakcja egzotermiczna. Po przereagowaniu jednego zestawu cząsteczek wodoru i tlenu uwolniona energia powoduje reakcję cząsteczek w otaczającej mieszaninie, uwalniając więcej energii. Rezultatem jest wybuchowa, szybka reakcja, która szybko uwalnia energię w postaci ciepła, światła i dźwięku.
Zachowanie elektronów
Na poziomie submolekularnym przyczyną różnicy poziomów energii między reagentami i produktami są konfiguracje elektroniczne. Atomy wodoru mają po jednym elektronie. Łączą się w cząsteczki po dwa, aby mogły dzielić dwa elektrony (po jednym). Wynika to z faktu, że wewnętrzna powłoka elektronów znajduje się w niższym stanie energetycznym (a zatem bardziej stabilnym), gdy są zajęte przez dwa elektrony. Atomy tlenu mają po osiem elektronów. Łączą się one w cząsteczki po dwa, dzieląc cztery elektrony, dzięki czemu ich najbardziej zewnętrzne powłoki elektronowe są w pełni zajęte przez osiem elektronów każdy. Jednak znacznie bardziej stabilne wyrównanie elektronów powstaje, gdy dwa atomy wodoru dzielą elektron z jednym atomem tlenu. Tylko niewielka ilość energii jest potrzebna do „zderzenia” elektronów reagentów „z” ich orbit, aby mogły one wyrównać się w bardziej stabilnym energetycznie układzie, tworząc nową cząsteczkę, H2O.
Produkty
Po elektronicznym wyrównaniu między wodorem i tlenem w celu utworzenia nowej cząsteczki produktem reakcji jest woda i ciepło. Ciepło można wykorzystać do pracy, takiej jak napędzanie turbin przez podgrzewanie wody. Produkty są wytwarzane szybko ze względu na egzotermiczny charakter reakcji łańcuchowej tej reakcji chemicznej. Podobnie jak wszystkie reakcje chemiczne, reakcja nie jest łatwo odwracalna.