Innhold
Hydrogen er et svært reaktivt drivstoff. Molekylene reagerer voldsomt med oksygen når eksisterende molekylære bindinger brytes og nye bindinger dannes mellom oksygen og hydrogenatomer. Ettersom reaksjonsproduktene har et lavere energinivå enn reaktantene, blir resultatet en eksplosiv frigjøring av energi og produksjon av vann. Men hydrogen reagerer ikke med oksygen ved romtemperatur, det kreves en energikilde for å antenne blandingen.
Blanding av hydrogen og oksygen
Hydrogen- og oksygengassene blandes ved romtemperatur uten kjemisk reaksjon. Dette er fordi molekylenes hastighet ikke gir nok kinetisk energi til å aktivere reaksjonen under kollisjoner mellom reaktantene. Det dannes en gassblanding med potensial til å reagere voldsomt hvis tilstrekkelig energi blir introdusert i blandingen.
Aktiveringsenergi
Innføring av en gnist i blandingen resulterer i høye temperaturer mellom noen av hydrogen- og oksygenmolekylene. Molekyler ved høyere temperaturer beveger seg raskere og kolliderer med mer energi. Hvis kollisjonsenergiene når et minimum av aktiveringsenergi som er tilstrekkelig til å "bryte" båndene mellom reaktantene, så skjer reaksjonen. Siden hydrogen har lav aktiveringsenergi, trengs bare en liten gnist for å starte reaksjonen med oksygen.
Eksoterm reaksjon
Som alle drivstoff, er reaktantene, i dette tilfellet hydrogen og oksygen, på et høyere energinivå enn reaksjonsproduktene. Dette resulterer i felles frigjøring av energi fra reaksjonen, og dette er kjent som en eksoterm reaksjon. Etter at en viss mengde hydrogen- og oksygenmolekyler har reagert, får den frigjorte energien også de omkringliggende molekylene til å reagere og frigjør mer energi. Resultatet er en rask og eksplosiv reaksjon, som frigjør energi raskt i form av varme, lys og lyd.
Elektronisk oppførsel
På et submolekylært nivå ligger årsaken til forskjellen i energinivå mellom reagenser og produkter i den elektroniske konfigurasjonen. Hydrogenatomer har ett elektron hver. De kombineres i molekyler med to atomer slik at de kan dele to elektroner (en fra hver). Dette er fordi det innerste elektroniske nivået er i en lavere (og derfor mer stabil) energitilstand når den er okkupert av to elektroner. Oksygenatomene har åtte elektroner hver. De kombineres i to-atom molekyler som deler fire elektroner, slik at deres ytterste elektroniske lag er helt okkupert av åtte elektroner hver. Imidlertid oppstår en mye mer stabil elektronjustering når to hydrogenatomer deler et elektron med et oksygenatom. Bare en liten mengde energi er nødvendig for å ta elektroner ut av banen, slik at de kan omstille seg i den mest energisk stabile formasjonen og danne det nye molekylet, H2O.
Produkter
Etter den elektroniske justeringen mellom hydrogen og oksygen for å skape et nytt molekyl, er reaksjonsproduktet vann og varme. Varmen kan utnyttes for å produsere arbeid, for eksempel å kjøre vannoppvarmingsturbiner. Produktene genereres raskt på grunn av kjedereaksjonens eksoterme natur. Som med alle kjemiske reaksjoner er denne prosessen ikke lett reversibel.