Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Μείγμα υδρογόνου και οξυγόνου
- Ενέργεια ενεργοποίησης
- Εξωθερμική αντίδραση
- Ηλεκτρονική Συμπεριφορά
- Προϊόντα
Το υδρογόνο είναι ένα εξαιρετικά αντιδραστικό καύσιμο. Τα μόρια του υδρογόνου αντιδρούν βίαια με το οξυγόνο όταν οι υπάρχοντες μοριακοί δεσμοί θραύονται και σχηματίζονται νέοι δεσμοί μεταξύ ατόμων οξυγόνου και υδρογόνου. Καθώς τα προϊόντα της αντίδρασης είναι σε χαμηλότερη ενέργεια από τα αντιδρώντα, το αποτέλεσμα είναι μια εκρηκτική απελευθέρωση ενέργειας και η παραγωγή νερού. Αλλά το υδρογόνο δεν αντιδρά με το οξυγόνο σε θερμοκρασία δωματίου, μια πηγή ενέργειας είναι απαραίτητη για την ανάφλεξη του μείγματος.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Το υδρογόνο και το οξυγόνο θα συνδυαστούν για να δημιουργήσουν νερό - και θα αποδώσουν αρκετή 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 αντιδραστηρίων. Δημιουργείται μίγμα αερίων, με πιθανότητα να αντιδράσει βίαια αν εισάγεται επαρκής ενέργεια στο μείγμα.
Ενέργεια ενεργοποίησης
Η εισαγωγή ενός σπινθήρα στο μίγμα οδηγεί σε αυξημένες θερμοκρασίες μεταξύ ορισμένων μορίων 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 επαρκή για να «σπάσουν» τους δεσμούς μεταξύ των αντιδραστηρίων, τότε ακολουθεί αντίδραση μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου. Επειδή το υδρογόνο έχει χαμηλή ενέργεια ενεργοποίησης, απαιτείται ένας μικρός σπινθήρας για να προκαλέσει αντίδραση με οξυγόνο.
Εξωθερμική αντίδραση
Όπως όλα τα καύσιμα, τα αντιδραστήρια, στην περίπτωση αυτή το υδρογόνο και το οξυγόνο, βρίσκονται σε υψηλότερη ενεργειακή στάθμη από τα προϊόντα της αντίδρασης. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την καθαρή απελευθέρωση ενέργειας από την αντίδραση, και αυτό είναι γνωστό ως μια εξώθερμη αντίδραση. Μετά την αντίδραση ενός συνόλου μορίων υδρογόνου και οξυγόνου, η ενέργεια που απελευθερώνεται ενεργοποιεί μόρια στο περιβάλλον μίγμα για να αντιδράσει, απελευθερώνοντας περισσότερη ενέργεια. Το αποτέλεσμα είναι μια εκρηκτική, γρήγορη αντίδραση που απελευθερώνει ενέργεια γρήγορα με τη μορφή θερμότητας, φωτός και ήχου.
Ηλεκτρονική Συμπεριφορά
Σε υπομοριακό επίπεδο, ο λόγος για τη διαφορά στα επίπεδα ενέργειας μεταξύ των αντιδραστηρίων και των προϊόντων, έγκειται σε ηλεκτρονικές διαμορφώσεις. Τα άτομα υδρογόνου έχουν ένα ηλεκτρόνιο το καθένα. Συνδυάζονται σε μόρια των δύο έτσι ώστε να μοιράζονται δύο ηλεκτρόνια (ένα το καθένα). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το εσωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων βρίσκεται σε κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας (και επομένως πιο σταθερή) όταν καταλαμβάνεται από δύο ηλεκτρόνια. Τα άτομα οξυγόνου έχουν οκτώ ηλεκτρόνια το καθένα. Συνδυάζονται μαζί σε δύο μόρια, μοιράζοντας τέσσερα ηλεκτρόνια, έτσι ώστε τα εξωτερικά τους κελύφη ηλεκτρονίων να καταλαμβάνουν πλήρως οκτώ ηλεκτρόνια. Ωστόσο, μια πολύ πιο σταθερή ευθυγράμμιση των ηλεκτρονίων προκύπτει όταν δύο άτομα υδρογόνου μοιράζονται ένα ηλεκτρόνιο με ένα άτομο οξυγόνου. Απαιτείται μόνο μια μικρή ποσότητα ενέργειας για να "χτυπήσουν" τα ηλεκτρόνια των αντιδρώντων "έξω" από τις τροχιές τους έτσι ώστε να μπορούν να επανευθυνούν 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 χρησιμοποιηθεί για να λειτουργήσει, όπως η οδήγηση των στροβίλων με τη θέρμανση του νερού. Τα προϊόντα παράγονται γρήγορα εξαιτίας της εξωθερμικής, αλυσιδωτής αντίδρασης αυτής της χημικής αντίδρασης. Όπως όλες οι χημικές αντιδράσεις, η αντίδραση δεν είναι εύκολα αναστρέψιμη.