Contenuto
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Miscela di idrogeno e ossigeno
- Energia di attivazione
- Reazione esotermica
- Comportamento elettronico
- Prodotti
L'idrogeno è un carburante altamente reattivo. Le molecole di idrogeno reagiscono violentemente con l'ossigeno quando si rompono i legami molecolari esistenti e si formano nuovi legami tra ossigeno e atomi di idrogeno. Poiché i prodotti della reazione sono a un livello di energia inferiore rispetto ai reagenti, il risultato è un rilascio esplosivo di energia e la produzione di acqua. Ma l'idrogeno non reagisce con l'ossigeno a temperatura ambiente, è necessaria una fonte di energia per accendere la miscela.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
L'idrogeno e l'ossigeno si combinano per creare acqua e rilasciano molto calore nel processo.
Miscela di idrogeno e ossigeno
I gas idrogeno e ossigeno si mescolano a temperatura ambiente senza reazione chimica. Questo perché la velocità delle molecole non fornisce energia cinetica sufficiente per attivare la reazione durante le collisioni tra i reagenti. Si forma una miscela di gas, con il potenziale di reagire violentemente se alla miscela venisse introdotta energia sufficiente.
Energia di attivazione
L'introduzione di una scintilla nella miscela provoca temperature elevate tra alcune molecole di idrogeno e ossigeno. Le molecole a temperature più elevate viaggiano più velocemente e si scontrano con più energia. Se le energie di collisione raggiungono un'energia di attivazione minima sufficiente a "rompere" i legami tra i reagenti, segue una reazione tra idrogeno e ossigeno. Poiché l'idrogeno ha una bassa energia di attivazione, è necessaria solo una piccola scintilla per innescare una reazione con l'ossigeno.
Reazione esotermica
Come tutti i carburanti, i reagenti, in questo caso l'idrogeno e l'ossigeno, hanno un livello di energia più elevato rispetto ai prodotti della reazione. Ciò comporta il rilascio netto di energia dalla reazione e questa è nota come reazione esotermica. Dopo che una serie di molecole di idrogeno e ossigeno hanno reagito, l'energia rilasciata innesca le molecole nella miscela circostante per reagire, rilasciando più energia. Il risultato è una reazione esplosiva e rapida che rilascia rapidamente energia sotto forma di calore, luce e suono.
Comportamento elettronico
A livello sottomolecolare, la ragione della differenza nei livelli di energia tra reagenti e prodotti risiede nelle configurazioni elettroniche. Gli atomi di idrogeno hanno un elettrone ciascuno. Si combinano in molecole di due in modo da poter condividere due elettroni (uno ciascuno). Questo perché il guscio di elettroni più interno è in uno stato di energia inferiore (e quindi più stabile) quando è occupato da due elettroni. Gli atomi di ossigeno hanno otto elettroni ciascuno. Si combinano insieme in molecole di due condividendo quattro elettroni in modo che i loro gusci di elettroni più esterni siano completamente occupati da otto elettroni ciascuno. Tuttavia, un allineamento molto più stabile di elettroni si presenta quando due atomi di idrogeno condividono un elettrone con un atomo di ossigeno. È necessaria solo una piccola quantità di energia per "espellere" gli elettroni dei reagenti "fuori" dalle loro orbite in modo che possano riallinearsi nell'allineamento più energicamente stabile, formando una nuova molecola, H2O.
Prodotti
A seguito del riallineamento elettronico tra idrogeno e ossigeno per creare una nuova molecola, il prodotto della reazione è acqua e calore. Il calore può essere sfruttato per fare il lavoro, come guidare le turbine riscaldando l'acqua. I prodotti vengono prodotti rapidamente a causa della natura esotermica della reazione a catena di questa reazione chimica. Come tutte le reazioni chimiche, la reazione non è facilmente reversibile.