Hvad sker der, når hydrogen og ilt kombineres?

Hydrogen er et meget reaktivt brændstof. Hydrogenmolekyler reagerer voldsomt med oxygen, når de eksisterende molekylære bindinger brydes og nye bindinger dannes mellem oxygen og hydrogenatomer. Da reaktionsprodukterne er på et lavere energiniveau end reaktanterne, er resultatet en eksplosiv frigivelse af energi og produktionen af ​​vand. Men hydrogen reagerer ikke med ilt ved stuetemperatur, der er brug for en energikilde for at antænde blandingen. <

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

Hydrogen og ilt vil kombinere for at gøre vand - og afgiv masser af varme i processen.

Hydrogen og iltblanding

Brint og iltgasser blandes ved stuetemperatur uden kemisk reaktion. Dette skyldes, at molekylernes hastighed ikke tilvejebringer tilstrækkelig kinetisk energi til at aktivere reaktionen under kollisioner mellem reaktanterne. En blanding af gasser dannes, med potentialet til at reagere voldsomt, hvis der tilføres tilstrækkelig energi til blandingen.

Aktiveringsenergi

Introduktion af en gnist til blandingen resulterer i forhøjede temperaturer blandt nogle af hydrogen- og oxygenmolekylerne. Molekyler ved højere temperaturer rejser hurtigere og kolliderer med mere energi. Hvis kollisionsenergier når en minimal aktiveringsenergi, der er tilstrækkelig til at "bryde" bindingerne mellem reaktanterne, følger en reaktion mellem hydrogen og oxygen. Fordi hydrogen har en lav aktiveringsenergi, er der kun brug for en lille gnist for at udløse en reaktion med oxygen.

Exoterm reaktion

Som alle brændstoffer er reaktanterne, i dette tilfælde hydrogen og oxygen, ved et højere energiniveau end reaktionsprodukterne. Dette resulterer i nettofrigivelsen af ​​energi fra reaktionen, og dette er kendt som en eksoterm reaktion. Efter at et sæt brint- og oxygenmolekyler har reageret, frigiver den frigivne energi molekyler i den omgivende blanding for at reagere og frigiver mere energi. Resultatet er en eksplosiv, hurtig reaktion, der frigiver energi hurtigt i form af varme, lys og lyd.

Elektronisk adfærd

På et submolekylært niveau er årsagen til forskellen i energiniveauer mellem reaktanterne og produkterne ligger i elektroniske konfigurationer. Hydrogenatomer har en elektron hver. De kombinerer i to molekyler, så de kan dele to elektroner (en hver). Dette skyldes, at den indre elektronstamme er i en lavere energitilstand (og derfor mere stabil), når den optages af to elektroner. Oxygenatomer har otte elektroner hver. De kombinerer sammen i molekyler af to ved at dele fire elektroner, så deres yderste elektronskaller er fuldt optaget af otte elektroner hver. En langt mere stabil tilpasning af elektroner opstår imidlertid, når to hydrogenatomer deler en elektron med et oxygenatom. Kun en lille smule energi er nødvendig for at "støde" elektronerne af reaktanterne "ud" af deres kredsløb, så de kan tilpasse sig i den mere energisk stabile justering, der danner et nyt molekyle, H2O.

Produkter < Efter den elektroniske justering mellem hydrogen og oxygen for at skabe et nyt molekyle er reaktionsproduktet vand og varme. Varmen kan udnyttes til at gøre arbejde, såsom kørsel af turbiner ved opvarmning af vand. Produkterne fremstilles hurtigt på grund af den kemiske reaktions eksoterme, kædereaktionelle karakter. Ligesom alle kemiske reaktioner er reaktionen ikke let reversibel.