เกิดอะไรขึ้นเมื่อไฮโดรเจนและออกซิเจนรวมกัน?

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• ไฮโดรเจนและออกซิเจนผสม
• พลังงานกระตุ้น
• ปฏิกิริยาคายความร้อน
• พฤติกรรมของอิเล็กตรอน
• ผลิตภัณฑ์

ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่มีปฏิกิริยาสูง โมเลกุลไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับออกซิเจนเมื่อพันธะโมเลกุลที่มีอยู่แตกตัวและพันธะใหม่เกิดขึ้นระหว่างออกซิเจนกับอะตอมไฮโดรเจน เนื่องจากผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาอยู่ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่าสารตั้งต้นผลที่ได้คือการปล่อยพลังงานที่ระเบิดได้และการผลิตน้ำ แต่ไฮโดรเจนไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่อุณหภูมิห้องจำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานเพื่อจุดชนวนส่วนผสม

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

ไฮโดรเจนและออกซิเจนจะรวมกันเพื่อทำน้ำ - และให้ความร้อนจำนวนมากในกระบวนการ

ไฮโดรเจนและออกซิเจนผสม

ก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนผสมที่อุณหภูมิห้องโดยไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี นี่เป็นเพราะความเร็วของโมเลกุลไม่ได้ให้พลังงานจลน์เพียงพอที่จะกระตุ้นปฏิกิริยาในระหว่างการชนระหว่างสารตั้งต้น ส่วนผสมของก๊าซจะเกิดขึ้นโดยมีศักยภาพที่จะตอบสนองอย่างรุนแรงหากมีพลังงานเพียงพอที่จะนำไปผสม

พลังงานกระตุ้น

การนำสปาร์คไปผสมจะส่งผลให้อุณหภูมิสูงขึ้นในบางส่วนของโมเลกุลไฮโดรเจนและออกซิเจน โมเลกุลที่อุณหภูมิสูงกว่าจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นและชนกับพลังงานมากขึ้น หากพลังงานปะทะกันถึงพลังงานกระตุ้นขั้นต่ำเพียงพอที่จะ "ทำลาย" พันธะระหว่างสารตั้งต้นดังนั้นปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับออกซิเจนก็จะตามมา เนื่องจากไฮโดรเจนมีพลังงานกระตุ้นต่ำจึงต้องการประกายไฟขนาดเล็กเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยากับออกซิเจน

ปฏิกิริยาคายความร้อน

เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงสารตั้งต้นในกรณีนี้ไฮโดรเจนและออกซิเจนอยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่าผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา ส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานสุทธิจากปฏิกิริยาและสิ่งนี้เรียกว่าปฏิกิริยาคายความร้อน หลังจากปฏิกิริยาไฮโดรเจนและออกซิเจนหนึ่งชุดเสร็จสิ้นพลังงานที่ปล่อยออกมาจะก่อให้เกิดโมเลกุลในส่วนผสมโดยรอบเพื่อทำปฏิกิริยาปลดปล่อยพลังงานมากขึ้น ผลที่ได้คือปฏิกิริยาที่ระเบิดได้อย่างรวดเร็วที่ปล่อยพลังงานอย่างรวดเร็วในรูปแบบของความร้อนแสงและเสียง

พฤติกรรมของอิเล็กตรอน

ในระดับ submolecular สาเหตุของความแตกต่างของระดับพลังงานระหว่างตัวทำปฏิกิริยากับผลิตภัณฑ์นั้นขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ อะตอมไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัว พวกเขารวมกันเป็นโมเลกุลของสองเพื่อให้พวกเขาสามารถแบ่งปันอิเล็กตรอนสอง (หนึ่งคน) นี่เป็นเพราะเปลือกอิเล็กตรอนส่วนใหญ่อยู่ในสถานะพลังงานที่ต่ำกว่า (และมีเสถียรภาพมากขึ้น) เมื่อมีอิเล็กตรอนสองตัวเข้ายึด อะตอมออกซิเจนมีอิเล็กตรอนแปดตัว พวกมันรวมกันเป็นโมเลกุลของสองโดยแบ่งปันอิเลคตรอนสี่ตัวเพื่อให้เปลือกอิเล็กตรอนที่อยู่ด้านนอกสุดถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนแปดตัว อย่างไรก็ตามการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่เสถียรยิ่งขึ้นเกิดขึ้นเมื่ออะตอมไฮโดรเจนสองอันแบ่งอิเล็กตรอนด้วยอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอม จำเป็นต้องใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยในการ "ชน" อิเล็กตรอนของสารตั้งต้น "ออก" จากวงโคจรของพวกเขาเพื่อที่พวกเขาจะได้ปรับแนวในการจัดแนวที่มีพลังมากขึ้นสร้างโมเลกุลใหม่ H2O

ผลิตภัณฑ์

หลังจากการปรับเปลี่ยนอิเลคทรอนิคส์ระหว่างไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อสร้างโมเลกุลใหม่ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาคือน้ำและความร้อน ความร้อนสามารถถูกควบคุมให้ใช้งานได้เช่นการขับกังหันด้วยน้ำร้อน ผลิตภัณฑ์มีการผลิตอย่างรวดเร็วเนื่องจากลักษณะของปฏิกิริยาทางเคมีของปฏิกิริยาทางเคมี เช่นเดียวกับปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดปฏิกิริยาไม่สามารถย้อนกลับได้ง่าย