Τι συμβαίνει όταν συνδυάζονται υδρογόνο και οξυγόνο;

Το υδρογόνο είναι ένα καύσιμο υψηλής αντίδρασης. Τα μόρια υδρογόνου αντιδρούν βίαια με το οξυγόνο όταν οι υπάρχοντες μοριακοί δεσμοί σπάνε και δημιουργούνται νέοι δεσμοί μεταξύ ατόμων οξυγόνου και υδρογόνου. Καθώς τα προϊόντα της αντίδρασης βρίσκονται σε χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο από τα αντιδρώντα, το αποτέλεσμα είναι μια εκρηκτική απελευθέρωση ενέργειας και παραγωγή νερού. Όμως το υδρογόνο δεν αντιδρά με το οξυγόνο σε θερμοκρασία δωματίου, χρειάζεται μια πηγή ενέργειας για την ανάφλεξη του μείγματος.

TL;DR (Πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα; Δεν έχω διαβάσει)

Το υδρογόνο και το οξυγόνο θα συνδυαστούν για να δημιουργήσουν νερό -- και να εκπέμψουν άφθονη θερμότητα στη διαδικασία.

Μείγμα υδρογόνου και οξυγόνου

Τα αέρια υδρογόνου και οξυγόνου αναμιγνύονται σε θερμοκρασία δωματίου χωρίς χημική αντίδραση. Αυτό συμβαίνει επειδή η ταχύτητα των μορίων δεν παρέχει αρκετή κινητική ενέργεια για να ενεργοποιήσει την αντίδραση κατά τη διάρκεια συγκρούσεων μεταξύ των αντιδρώντων. Σχηματίζεται ένα μείγμα αερίων, με τη δυνατότητα να αντιδράσει βίαια εάν εισαχθεί επαρκής ενέργεια στο μείγμα.

Ενέργεια ενεργοποίησης

Η εισαγωγή σπινθήρα στο μείγμα έχει ως αποτέλεσμα αυξημένες θερμοκρασίες μεταξύ ορισμένων από τα μόρια υδρογόνου και οξυγόνου. Τα μόρια σε υψηλότερες θερμοκρασίες ταξιδεύουν πιο γρήγορα και συγκρούονται με περισσότερη ενέργεια. Εάν οι ενέργειες σύγκρουσης φτάσουν σε μια ελάχιστη ενέργεια ενεργοποίησης που είναι επαρκής για να «σπάσει» τους δεσμούς μεταξύ των αντιδρώντων, τότε ακολουθεί μια αντίδραση μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου. Επειδή το υδρογόνο έχει χαμηλή ενέργεια ενεργοποίησης, χρειάζεται μόνο ένας μικρός σπινθήρας για να πυροδοτήσει μια αντίδραση με το οξυγόνο.

Εξώθερμη Αντίδραση

Όπως όλα τα καύσιμα, τα αντιδρώντα, σε αυτήν την περίπτωση το υδρογόνο και το οξυγόνο, βρίσκονται σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο από τα προϊόντα της αντίδρασης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την καθαρή απελευθέρωση ενέργειας από την αντίδραση, και αυτό είναι γνωστό ως εξώθερμη αντίδραση. Αφού αντιδράσει ένα σύνολο μορίων υδρογόνου και οξυγόνου, η ενέργεια που απελευθερώνεται ενεργοποιεί τα μόρια στο περιβάλλον μίγμα να αντιδράσουν, απελευθερώνοντας περισσότερη ενέργεια. Το αποτέλεσμα είναι μια εκρηκτική, ταχεία αντίδραση που απελευθερώνει γρήγορα ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, φωτός και ήχου.

Συμπεριφορά ηλεκτρονίων

Σε υπομοριακό επίπεδο, ο λόγος για τη διαφορά στα επίπεδα ενέργειας μεταξύ των αντιδρώντων και των προϊόντων, έγκειται στις ηλεκτρονικές διαμορφώσεις. Τα άτομα υδρογόνου έχουν ένα ηλεκτρόνιο το καθένα. Συνδυάζονται σε μόρια των δύο έτσι ώστε να μπορούν να μοιράζονται δύο ηλεκτρόνια (ένα το καθένα). Αυτό συμβαίνει επειδή το εσωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων βρίσκεται σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση (και επομένως πιο σταθερό) όταν καταλαμβάνεται από δύο ηλεκτρόνια. Τα άτομα οξυγόνου έχουν οκτώ ηλεκτρόνια το καθένα. Συνδυάζονται μαζί σε μόρια των δύο μοιράζοντας τέσσερα ηλεκτρόνια, έτσι ώστε το εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων τους να καταλαμβάνεται πλήρως από οκτώ ηλεκτρόνια το καθένα. Ωστόσο, μια πολύ πιο σταθερή ευθυγράμμιση ηλεκτρονίων προκύπτει όταν δύο άτομα υδρογόνου μοιράζονται ένα ηλεκτρόνιο με ένα άτομο οξυγόνου. Απαιτείται μόνο μια μικρή ποσότητα ενέργειας για να "χτυπήσει" τα ηλεκτρόνια των αντιδρώντων "έξω" από τις τροχιές τους, ώστε να μπορέσουν να ευθυγραμμιστούν εκ νέου στην πιο ενεργειακά σταθερή ευθυγράμμιση, σχηματίζοντας ένα νέο μόριο, το H2O.

Προϊόντα

Μετά την ηλεκτρονική επανευθυγράμμιση μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου για τη δημιουργία ενός νέου μορίου, το προϊόν της αντίδρασης είναι νερό και θερμότητα. Η θερμότητα μπορεί να αξιοποιηθεί για να γίνει εργασία, όπως η οδήγηση στροβίλων με θέρμανση νερού. Τα προϊόντα παράγονται γρήγορα λόγω της εξώθερμης, αλυσιδωτής αντίδρασης φύσης αυτής της χημικής αντίδρασης. Όπως όλες οι χημικές αντιδράσεις, η αντίδραση δεν είναι εύκολα αναστρέψιμη.