Sadržaj
Vodik je visoko reaktivno gorivo. Njegove molekule burno reagiraju s kisikom kada se postojeće molekularne veze prekidaju i stvaraju nove veze između atoma kisika i vodika. Kako produkti reakcije imaju nižu razinu energije od reaktanata, rezultat je eksplozivno oslobađanje energije i proizvodnja vode. Ali vodik ne reagira s kisikom na sobnoj temperaturi, potreban je izvor energije za paljenje smjese.
Smjesa vodika i kisika
Vodik i kisik miješaju se na sobnoj temperaturi bez kemijske reakcije. To je zato što brzina molekula ne osigurava dovoljno kinetičke energije da aktivira reakciju tijekom sudara između reaktanata. Nastaje plinska smjesa, koja može burno reagirati ako se u smjesu unese dovoljno energije.
Aktivacijska energija
Uvođenje iskre u smjesu rezultira visokim temperaturama između nekih molekula vodika i kisika. Molekule na višim temperaturama putuju brže i sudaraju se s više energije. Ako energije sudara dosegnu minimalnu aktivacijsku energiju dovoljnu da "prekine" veze između reaktanata, tada se reakcija odvija. Budući da vodik ima malu energiju aktivacije, potrebna je samo mala iskra da bi se pokrenula reakcija s kisikom.
Egzotermna reakcija
Kao i sva goriva, reaktanti, u ovom slučaju vodik i kisik, na višoj su energetskoj razini od produkata reakcije. To rezultira zajedničkim oslobađanjem energije iz reakcije, a to je poznato kao egzotermna reakcija. Nakon što je određena količina molekula vodika i kisika reagirala, oslobođena energija uzrokuje reakciju i okolnih molekula, oslobađajući više energije. Rezultat je brza i eksplozivna reakcija koja brzo oslobađa energiju u obliku topline, svjetlosti i zvuka.
Elektroničko ponašanje
Na submolekularnoj razini, razlog razlike u razini energije između reagensa i proizvoda leži u elektroničkoj konfiguraciji. Atomi vodika imaju po jedan elektron. Kombiniraju se u molekule od dva atoma tako da mogu podijeliti dva elektrona (po jedan od svakog). To je zato što je unutarnja elektronička razina u nižem (i prema tome stabilnijem) energetskom stanju kada je zauzimaju dva elektrona. Atomi kisika imaju po osam elektrona. Kombiniraju se u dvoatomske molekule koje dijele četiri elektrona, tako da njihovi najudaljeniji elektronički slojevi u potpunosti zauzimaju po osam elektrona. Međutim, puno stabilnije poravnanje elektrona događa se kada dva atoma vodika dijele elektron s atomom kisika. Za iznošenje elektrona iz njihove orbite potrebna je samo mala količina energije kako bi se mogli prestrojiti u energetski najstabilniju formaciju, tvoreći novu molekulu, H2O.
Proizvodi
Nakon elektroničkog prestrojavanja vodika i kisika radi stvaranja nove molekule, produkt reakcije je voda i toplina. Toplina se može iskoristiti za stvaranje posla, poput pogona turbina za grijanje vode. Proizvodi se generiraju brzo zbog egzotermne prirode lančane reakcije. Kao i kod svih kemijskih reakcija, ovaj postupak nije lako povratiti.