Saturs
- Ūdeņraža un skābekļa maisījums
- Aktivizācijas enerģija
- Eksotermiska reakcija
- Elektroniska uzvedība
- Produkti
Ūdeņradis ir ļoti reaģējoša degviela. Tās molekulas spēcīgi reaģē ar skābekli, kad esošās molekulārās saites tiek sadalītas un starp skābekļa un ūdeņraža atomiem veidojas jaunas saites. Tā kā reakcijas produktiem ir zemāks enerģijas līmenis nekā reaģentiem, rezultātā eksplozīvi izdalās enerģija un rodas ūdens. Bet ūdeņradis istabas temperatūrā nereaģē ar skābekli, maisījuma aizdedzināšanai ir nepieciešams enerģijas avots.
Ūdeņraža un skābekļa maisījums
Ūdeņraža un skābekļa gāzes sajaucas istabas temperatūrā bez ķīmiskas reakcijas. Tas notiek tāpēc, ka molekulu ātrums nenodrošina pietiekami daudz kinētiskās enerģijas, lai aktivizētu reakciju reaģentu sadursmju laikā. Veidojas gāzes maisījums, kas var reaģēt strauji, ja maisījumā tiek ievadīta pietiekama enerģija.
Aktivizācijas enerģija
Dzirksteles ievadīšana maisījumā rada augstu temperatūru starp dažām ūdeņraža un skābekļa molekulām. Molekulas augstākā temperatūrā pārvietojas ātrāk un saduras ar lielāku enerģiju. Ja sadursmes enerģijas sasniedz minimālo aktivācijas enerģiju, kas ir pietiekama, lai "nojauktu" saites starp reaģentiem, tad reakcija notiek. Tā kā ūdeņradim ir zema aktivācijas enerģija, ir nepieciešama tikai neliela dzirkstele, lai sāktu reakciju ar skābekli.
Eksotermiska reakcija
Tāpat kā visas degvielas, arī reaģenti, šajā gadījumā ūdeņradis un skābeklis, atrodas augstākā enerģijas līmenī nekā reakcijas produkti. Tā rezultātā reakcija kopīgi atbrīvo enerģiju, un tā ir pazīstama kā eksotermiska reakcija. Pēc noteikta daudzuma ūdeņraža un skābekļa molekulu reakcijas izdalītā enerģija liek reaģēt arī apkārtējām molekulām, atbrīvojot vairāk enerģijas. Rezultāts ir ātra un eksplozīva reakcija, kas ātri atbrīvo enerģiju siltuma, gaismas un skaņas veidā.
Elektroniska uzvedība
Submolekulārā līmenī enerģijas līmeņu atšķirības starp reaģentiem un produktiem iemesls ir elektroniskā konfigurācija. Ūdeņraža atomiem ir viens elektrons. Viņi apvienojas divu atomu molekulās, lai varētu sadalīt divus elektronus (vienu no katra). Tas ir tāpēc, ka iekšējais elektroniskais līmenis atrodas zemākā (un līdz ar to arī stabilākā) enerģijas stāvoklī, kad to aizņem divi elektroni. Skābekļa atomiem ir astoņi elektroni katrā. Viņi apvienojas divu atomu molekulās, kurās dalās četri elektroni, tā ka to attālākos elektroniskos slāņus pilnīgi aizņem astoņi elektroni katrā. Tomēr daudz stabilāka elektronu izlīdzināšanās notiek, ja diviem ūdeņraža atomiem ir kopīgs elektrons ar skābekļa atomu. Lai izņemtu elektronus no savas orbītas, ir vajadzīgs tikai neliels enerģijas daudzums, lai viņi varētu pārkārtoties enerģētiski stabilākajā veidojumā, veidojot jauno molekulu H2O.
Produkti
Pēc elektroniskās sakārtošanas starp ūdeņradi un skābekli, lai izveidotu jaunu molekulu, reakcijas produkts ir ūdens un siltums. Siltumu var izmantot, lai radītu darbu, piemēram, darbinot ūdens sildīšanas turbīnas. Produkti tiek ātri ģenerēti ķēdes reakcijas eksotermiskā rakstura dēļ. Tāpat kā visu ķīmisko reakciju gadījumā, šis process nav viegli atgriezenisks.