Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Vesiniku ja hapniku segu
- Aktiveerimise energia
- Eksotermiline reaktsioon
- Elektronide käitumine
- Tooted
Vesinik on väga reaktiivne kütus. Vesiniku molekulid reageerivad ägedalt hapnikuga, kui olemasolevad molekulaarsed sidemed purunevad ja hapniku ja vesiniku aatomite vahel moodustuvad uued sidemed. Kuna reaktsiooni produktide energiatase on madalam kui reagentidel, on tulemuseks energia plahvatuslik eraldumine ja vee tootmine. Kuid vesinik ei reageeri toatemperatuuril hapnikuga, segu süttimiseks on vaja energiaallikat.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Vesinik ja hapnik ühendavad vett ja eraldavad protsessis palju soojust.
Vesiniku ja hapniku segu
Vesinik ja hapniku gaasid segunevad toatemperatuuril ilma keemilise reaktsioonita. Seda seetõttu, et molekulide kiirus ei anna piisavalt kineetilist energiat reaktsiooni aktiveerimiseks reagentide vaheliste kokkupõrgete ajal. Moodustub gaaside segu, mis reageerib ägedalt, kui segule suunatakse piisavalt energiat.
Aktiveerimise energia
Segusse sädeme lisamine põhjustab mõnedes vesiniku ja hapniku molekulides temperatuuri tõusu. Kõrgematel temperatuuridel olevad molekulid sõidavad kiiremini ja põrkuvad kokku suurema energiakuluga. Kui kokkupõrke energiad saavutavad minimaalse aktiveerimisenergia, mis on piisav reagentide vaheliste sidemete "purustamiseks", toimub reaktsioon vesiniku ja hapniku vahel. Kuna vesiniku aktiveerimise energia on madal, on hapnikuga reaktsiooni käivitamiseks vaja vaid väikest sädet.
Eksotermiline reaktsioon
Nagu kõigi kütuste puhul, on reagentide, antud juhul vesiniku ja hapniku, energiatase kõrgem kui reaktsiooni produktidel. Selle tagajärjel vabaneb reaktsioonist energia netomass ja seda nimetatakse eksotermiliseks reaktsiooniks. Pärast seda, kui üks vesiniku ja hapniku molekulide komplekt on reageerinud, käivitab vabanev energia ümbritsevas segus olevad molekulid reageerimiseks, vabastades rohkem energiat. Tulemuseks on plahvatusohtlik kiire reaktsioon, mis vabastab energiat soojuse, valguse ja heli kujul kiiresti.
Elektronide käitumine
Submolekulaarsel tasandil on reagentide ja toodete energiatasetaseme erinevuse põhjuseks elektroonilised konfiguratsioonid. Vesinikuaatomitel on kummalgi üks elektron. Need liituvad kaheks molekuliks, nii et nad saavad jagada kahte elektroni (kumbagi üks). Selle põhjuseks on asjaolu, et kõige sisemise elektronkesta kest on madalama energiaseisundiga (ja seega stabiilsema), kui see on hõivatud kahe elektroniga. Hapnikuaatomites on kummaski kaheksa elektroni. Need liituvad kahe molekulina, jagades neli elektroni, nii et nende kõige välimised elektronkestad on täielikult kaheksa elektroni poolt hõivatud. Kuid elektronide palju stabiilsem joondamine toimub siis, kui kaks vesinikuaatomit jagavad elektroni ühe hapnikuaatomiga. Reagentide elektronide orbiidist "välja löömiseks" on vaja vaid väikest kogust energiat, et nad saaksid energeetiliselt stabiilsemas joonduses uuesti joonduda, moodustades uue molekuli H2O.
Tooted
Pärast vesiniku ja hapniku vahelist elektroonilist ümberpaigutamist uue molekuli loomiseks on reaktsiooni produkt vesi ja kuumus. Soojust saab kasutada töö tegemiseks, näiteks turbiinide juhtimiseks vee soojendamise teel. Tooted toodetakse kiiresti selle keemilise reaktsiooni eksotermilise ahelreaktsiooni tõttu. Nagu kõik keemilised reaktsioonid, pole ka reaktsioon kergesti pöörduv.