Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Waterstof en zuurstofmix
- Activeringsenergie
- Exotherme reactie
- Elektronengedrag
- producten
Waterstof is een zeer reactieve brandstof. Waterstofmoleculen reageren heftig met zuurstof wanneer de bestaande moleculaire bindingen breken en nieuwe bindingen worden gevormd tussen zuurstof- en waterstofatomen. Aangezien de producten van de reactie een lager energieniveau hebben dan de reactanten, is het resultaat een explosieve afgifte van energie en de productie van water. Maar waterstof reageert bij kamertemperatuur niet met zuurstof, een energiebron is nodig om het mengsel te ontsteken.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Waterstof en zuurstof worden gecombineerd om water te maken - en geven daarbij veel warmte af.
Waterstof en zuurstofmix
Waterstof- en zuurstofgassen mengen zich bij kamertemperatuur zonder chemische reactie. Dit komt omdat de snelheid van de moleculen niet voldoende kinetische energie levert om de reactie tijdens botsingen tussen de reactanten te activeren. Er wordt een mengsel van gassen gevormd, met het potentieel om heftig te reageren als voldoende energie aan het mengsel wordt toegevoegd.
Activeringsenergie
Introductie van een vonk in het mengsel resulteert in verhoogde temperaturen onder sommige van de waterstof- en zuurstofmoleculen. Moleculen bij hogere temperaturen reizen sneller en botsen met meer energie. Als botsingsenergieën een minimale activeringsenergie bereiken die voldoende is om de bindingen tussen de reactanten te "verbreken", volgt een reactie tussen waterstof en zuurstof. Omdat waterstof een lage activeringsenergie heeft, is slechts een kleine vonk nodig om een reactie met zuurstof te veroorzaken.
Exotherme reactie
Zoals alle brandstoffen hebben de reactanten, in dit geval waterstof en zuurstof, een hoger energieniveau dan de producten van de reactie. Dit resulteert in de netto afgifte van energie uit de reactie, en dit staat bekend als een exotherme reactie. Nadat een set waterstof- en zuurstofmoleculen heeft gereageerd, zorgt de afgegeven energie ervoor dat moleculen in het omringende mengsel reageren, waardoor meer energie vrijkomt. Het resultaat is een explosieve, snelle reactie die snel energie afgeeft in de vorm van warmte, licht en geluid.
Elektronengedrag
Op een submoleculair niveau ligt de reden voor het verschil in energieniveaus tussen de reactanten en producten bij elektronische configuraties. Waterstofatomen hebben elk één elektron. Ze combineren in moleculen van twee zodat ze twee elektronen kunnen delen (elk één). Dit komt omdat de binnenste elektronenschil zich in een lagere energietoestand bevindt (en daarom stabieler) wanneer deze wordt bezet door twee elektronen. Zuurstofatomen hebben elk acht elektronen. Ze combineren samen in moleculen van twee door vier elektronen te delen, zodat hun buitenste elektronenmantels volledig worden bezet door acht elektronen elk. Een veel stabielere uitlijning van elektronen ontstaat echter wanneer twee waterstofatomen een elektron delen met één zuurstofatoom. Er is slechts een kleine hoeveelheid energie nodig om de elektronen van de reactanten uit hun banen te "stoten", zodat ze zich opnieuw kunnen afstemmen op de meer energetisch stabiele uitlijning, waardoor een nieuw molecuul, H2O, wordt gevormd.
producten
Na de elektronische afstemming tussen waterstof en zuurstof om een nieuw molecuul te maken, is het product van de reactie water en warmte. De warmte kan worden benut om werk te doen, zoals het aandrijven van turbines door water te verwarmen. De producten worden snel geproduceerd vanwege de exotherme kettingreactie van deze chemische reactie. Zoals alle chemische reacties is de reactie niet gemakkelijk omkeerbaar.