L'idrogeno è un combustibile altamente reattivo. Le molecole di idrogeno reagiscono violentemente con l'ossigeno quando i legami molecolari esistenti si rompono e si formano nuovi legami tra gli atomi di ossigeno e di idrogeno. Poiché i prodotti della reazione sono a un livello energetico inferiore rispetto ai reagenti, il risultato è un rilascio esplosivo di energia e la produzione di acqua. Ma l'idrogeno non reagisce con l'ossigeno a temperatura ambiente, è necessaria una fonte di energia per accendere la miscela.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

L'idrogeno e l'ossigeno combinare per fare acqua - e dare un sacco di calore nel processo.

Miscela di idrogeno e ossigeno

L'idrogeno e i gas dell'ossigeno si mescolano a temperatura ambiente senza alcuna reazione chimica. Questo perché la velocità delle molecole non fornisce abbastanza energia cinetica per attivare la reazione durante le collisioni tra i reagenti. Si forma una miscela di gas, con la possibilità di reagire violentemente se alla miscela è stata introdotta energia sufficiente.

Energia di attivazione

L'introduzione di una scintilla sulla miscela provoca temperature elevate tra alcune delle le molecole di idrogeno e ossigeno. Le molecole a temperature più alte viaggiano più velocemente e si scontrano con più energia. Se le energie di collisione raggiungono un'energia minima di attivazione sufficiente a "spezzare" i legami tra i reagenti, segue una reazione tra idrogeno e ossigeno. Poiché l'idrogeno ha una bassa energia di attivazione, è necessaria solo una piccola scintilla per innescare una reazione con l'ossigeno.

Reazione esotermica

Come tutti i carburanti, i reagenti, in questo caso idrogeno e ossigeno, sono a un livello di energia superiore rispetto ai prodotti della reazione. Ciò provoca il rilascio netto di energia dalla reazione, e questo è noto come reazione esotermica. Dopo che una serie di molecole di idrogeno e ossigeno hanno reagito, l'energia rilasciata attiva le molecole nella miscela circostante per reagire, rilasciando più energia. Il risultato è una reazione esplosiva e rapida che rilascia energia rapidamente sotto forma di calore, luce e suono.

Comportamento dell'elettrone

A livello submolecolare, la ragione della differenza nei livelli di energia tra i reagenti e prodotti, si trova con configurazioni elettroniche. Gli atomi di idrogeno hanno un elettrone ciascuno. Si combinano in molecole di due in modo che possano condividere due elettroni (uno ciascuno). Questo perché il guscio dell'elettrone più interno è in uno stato di energia inferiore (e quindi più stabile) quando è occupato da due elettroni. Gli atomi di ossigeno hanno otto elettroni ciascuno. Si combinano insieme in molecole di due condividendo quattro elettroni in modo che i loro gusci di elettroni più esterni siano completamente occupati da otto elettroni ciascuno. Tuttavia, un allineamento molto più stabile degli elettroni si verifica quando due atomi di idrogeno condividono un elettrone con un atomo di ossigeno. È necessaria solo una piccola quantità di energia per "colpire" gli elettroni dei reagenti "fuori" dalle loro orbite in modo che possano riallinearsi nell'allineamento più energicamente stabile, formando una nuova molecola, H2O.

Prodotti

Dopo il riallineamento elettronico tra idrogeno e ossigeno per creare una nuova molecola, il prodotto della reazione è acqua e calore. Il calore può essere sfruttato per lavorare, come guidare le turbine riscaldando l'acqua. I prodotti sono prodotti rapidamente a causa della natura esotermica e di reazione a catena di questa reazione chimica. Come tutte le reazioni chimiche, la reazione non è facilmente reversibile.