Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Водневі та кисневі суміші
- Енергія активації
- Екзотермічна реакція
- Поведінка електронів
- Продукція
Водень - високореактивне паливо. Молекули водню бурхливо реагують з киснем, коли існуючі молекулярні зв’язки розриваються і утворюються нові зв’язки між атомами кисню та водню. Оскільки продукти реакції знаходяться на нижчому енергетичному рівні, ніж реагенти, результатом є вибухонебезпечний викид енергії та виробництво води. Але водень не реагує з киснем при кімнатній температурі, для запалення суміші потрібне джерело енергії.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Водень і кисень поєднуватимуться для отримання води - і віддаватимуть багато тепла в процесі.
Водневі та кисневі суміші
Водневі та кисневі гази змішуються при кімнатній температурі без хімічної реакції. Це відбувається тому, що швидкість молекул не забезпечує достатню кінетичну енергію для активації реакції під час зіткнень між реагентами. Утворюється суміш газів, яка може бурхливо реагувати, якщо в суміш буде введено достатню кількість енергії.
Енергія активації
Введення іскри в суміш призводить до підвищення температури серед деяких молекул водню та кисню. Молекули при більш високій температурі рухаються швидше і стикаються з більшою кількістю енергії. Якщо енергії зіткнення досягають мінімальної енергії активації, достатньої для "розриву" зв'язків між реагентами, то слід реакція між воднем та киснем. Оскільки водень має низьку енергію активації, для запуску реакції з киснем потрібна невелика іскра.
Екзотермічна реакція
Як і всі види палива, реагенти, в даному випадку водень і кисень, знаходяться на більш високому енергетичному рівні, ніж продукти реакції. Це призводить до чистого вивільнення енергії з реакції, і це відомо як екзотермічна реакція. Після того, як один набір молекул водню та кисню відреагував, виділена енергія запускає молекули в навколишній суміші реагувати, вивільняючи більше енергії. Результат - вибухова швидка реакція, яка швидко виділяє енергію у вигляді тепла, світла та звуку.
Поведінка електронів
На субмолекулярному рівні причина різниці в рівнях енергії між реагентами та продуктами криється в електронних конфігураціях. Атоми водню мають кожен електрон. Вони поєднуються в молекули двох, щоб вони могли ділити два електрони (по одному). Це пояснюється тим, що внутрішня найбільш електронна оболонка знаходиться в стані нижчої енергії (і, отже, більш стійкої), коли вона зайнята двома електронами. Атоми кисню мають вісім електронів кожен. Вони поєднуються в молекулах по два, поділяючи чотири електрони, так що їх зовнішні найбільш електронні оболонки повністю зайняті по вісім електронів. Однак набагато стійкіше вирівнювання електронів виникає, коли два атоми водню ділять електрон на один атом кисню. Потрібна лише невелика кількість енергії, щоб "вирвати" електрони реагентів "назовні" з їх орбіт, щоб вони могли перерівнятися в більш енергетично стійкому вирівнюванні, утворюючи нову молекулу H2O.
Продукція
Після електронної перестановки між воднем та киснем для створення нової молекули продуктом реакції є вода та тепло. Тепло може бути використане для виконання таких робіт, як керування турбінами нагріванням води. Продукти виробляються швидко завдяки екзотермічній, ланцюговій реакції цієї хімічної реакції. Як і всі хімічні реакції, реакція не є легко оборотною.