Zawartość
Wodór jest paliwem silnie reaktywnym. Jego cząsteczki gwałtownie reagują z tlenem, gdy istniejące wiązania molekularne zostają zerwane i powstają nowe wiązania między atomami tlenu i wodoru. Ponieważ produkty reakcji mają niższy poziom energii niż reagenty, wynikiem jest wybuchowe uwolnienie energii i produkcja wody. Ale wodór nie reaguje z tlenem w temperaturze pokojowej, do zapalenia mieszanki potrzebne jest źródło energii.
Mieszanina wodoru i tlenu
Wodór i tlen mieszają się w temperaturze pokojowej bez reakcji chemicznej. Dzieje się tak, ponieważ prędkość cząsteczek nie zapewnia wystarczającej energii kinetycznej, aby aktywować reakcję podczas zderzeń między reagentami. Tworzy się mieszanina gazów, która może gwałtownie reagować, jeśli do mieszaniny zostanie wprowadzona wystarczająca ilość energii.
Energia aktywacji
Wprowadzenie iskry do mieszaniny skutkuje wysokimi temperaturami pomiędzy niektórymi cząsteczkami wodoru i tlenu. Cząsteczki w wyższych temperaturach podróżują szybciej i zderzają się z większą ilością energii. Jeśli energie zderzenia osiągną minimalną energię aktywacji wystarczającą do „zerwania” wiązań między reagentami, wówczas zachodzi reakcja. Ponieważ wodór ma niską energię aktywacji, do zainicjowania reakcji z tlenem potrzebna jest tylko niewielka iskra.
Reakcja egzotermiczna
Podobnie jak wszystkie paliwa, reagenty, w tym przypadku wodór i tlen, mają wyższy poziom energii niż produkty reakcji. Powoduje to wspólne uwalnianie energii z reakcji, co jest znane jako reakcja egzotermiczna. Po przereagowaniu pewnej ilości cząsteczek wodoru i tlenu uwolniona energia powoduje również reakcję otaczających cząsteczek, uwalniając więcej energii. Rezultatem jest szybka i wybuchowa reakcja, która szybko uwalnia energię w postaci ciepła, światła i dźwięku.
Zachowanie elektroniczne
Na poziomie submolekularnym przyczyna różnicy poziomów energii między odczynnikami i produktami leży w konfiguracji elektronicznej. Każdy atom wodoru ma po jednym elektronie. Łączą się w cząsteczki dwóch atomów, dzięki czemu mogą podzielić dwa elektrony (po jednym z każdego). Dzieje się tak, ponieważ najbardziej wewnętrzny poziom elektroniczny znajduje się w niższym (a zatem bardziej stabilnym) stanie energetycznym, gdy jest zajęty przez dwa elektrony. Każdy atom tlenu ma po osiem elektronów. Łączą się w dwuatomowe cząsteczki dzielące cztery elektrony, tak że ich najbardziej zewnętrzne warstwy elektroniczne są całkowicie zajęte przez osiem elektronów każda. Jednak znacznie bardziej stabilne wyrównanie elektronów występuje, gdy dwa atomy wodoru mają wspólny elektron z atomem tlenu. Do wyprowadzenia elektronów z ich orbity potrzebna jest tylko niewielka ilość energii, aby mogły one ponownie ustawić się w najbardziej stabilnej energetycznie formacji, tworząc nową cząsteczkę, H2O.
Produkty
Po elektronicznym dostosowaniu wodoru i tlenu w celu stworzenia nowej cząsteczki, produktem reakcji jest woda i ciepło. Ciepło można wykorzystać do pracy, takiej jak napędzanie turbin do podgrzewania wody. Produkty powstają szybko ze względu na egzotermiczny charakter reakcji łańcuchowej. Podobnie jak w przypadku wszystkich reakcji chemicznych, proces ten nie jest łatwo odwracalny.