Innehåll
Väte är ett mycket reaktivt bränsle. Dess molekyler reagerar våldsamt med syre när de befintliga molekylära bindningarna bryts och nya bindningar bildas mellan syre- och väteatomerna. Eftersom reaktionsprodukterna har en lägre energinivå än reaktanterna är resultatet en explosiv frigöring av energi och produktion av vatten. Men väte reagerar inte med syre vid rumstemperatur, det behövs en energikälla för att antända blandningen.
Blandning av väte och syre
Väte- och syrgaserna blandas vid rumstemperatur utan kemisk reaktion. Detta beror på att molekylernas hastighet inte ger tillräckligt med kinetisk energi för att aktivera reaktionen under kollisioner mellan reaktanterna. En gasblandning bildas med potential att reagera våldsamt om tillräcklig energi införs i blandningen.
Aktiverings energi
Introduktionen av en gnista i blandningen resulterar i höga temperaturer mellan en del av väte- och syremolekylerna. Molekyler vid högre temperaturer går snabbare och kolliderar med mer energi. Om kollisionsenergierna når en minsta aktiveringsenergi som är tillräcklig för att "bryta" bindningarna mellan reaktanterna, så sker reaktionen. Eftersom väte har låg aktiveringsenergi behövs bara en liten gnista för att initiera reaktionen med syre.
Exoterm reaktion
Liksom alla bränslen har reaktanterna, i detta fall väte och syre, en högre energinivå än reaktionsprodukterna. Detta resulterar i en gemensam frigöring av energi från reaktionen, och detta är känt som en exoterm reaktion. Efter att en viss mängd väte- och syremolekyler har reagerat, får den frigjorda energin också de omgivande molekylerna att reagera och frigör mer energi. Resultatet är en snabb och explosiv reaktion som snabbt frigör energi i form av värme, ljus och ljud.
Elektroniskt beteende
På en submolekylär nivå ligger orsaken till skillnaden i energinivåer mellan reagenser och produkter i den elektroniska konfigurationen. Väteatomer har en elektron vardera. De kombineras i molekyler med två atomer så att de kan dela två elektroner (en från var och en). Detta beror på att den innersta elektroniska nivån är i ett lägre (och därför mer stabilt) energiläge när det upptas av två elektroner. Syreatomerna har vardera åtta elektroner. De kombineras till tvåatommolekyler som delar fyra elektroner, så att deras yttersta elektroniska lager är helt ockuperade av åtta elektroner vardera. En mycket mer stabil elektroninriktning uppstår dock när två väteatomer delar en elektron med en syreatom. Endast en liten mängd energi behövs för att ta elektroner ur deras omlopp så att de kan anpassa sig till den mest energiskt stabila formationen och bilda den nya molekylen H2O.
Produkter
Efter den elektroniska justeringen mellan väte och syre för att skapa en ny molekyl är reaktionens produkt vatten och värme. Värmen kan utnyttjas för att producera arbete, som att köra turbiner för uppvärmning av vatten. Produkter genereras snabbt på grund av kedjereaktionens exoterma karaktär. Som med alla kemiska reaktioner är denna process inte lätt reversibel.