Contenuto
- Miscela di idrogeno e ossigeno
- Energia di attivazione
- Reazione esotermica
- Comportamento elettronico
- Prodotti
L'idrogeno è un carburante altamente reattivo. Le sue molecole reagiscono violentemente con l'ossigeno quando i legami molecolari esistenti si rompono e si formano nuovi legami tra gli atomi di ossigeno e idrogeno. Poiché i prodotti di reazione hanno 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.
Miscela di idrogeno e ossigeno
I gas di idrogeno e ossigeno si mescolano a temperatura ambiente senza reazione chimica. Questo perché la velocità delle molecole non fornisce abbastanza energia cinetica per attivare la reazione durante le collisioni tra i reagenti. Si forma una miscela di gas, con il potenziale di reagire violentemente se viene introdotta energia sufficiente nella miscela.
Energia di attivazione
L'introduzione di una scintilla nella miscela provoca temperature elevate tra alcune delle 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, allora ha luogo la reazione. Poiché l'idrogeno ha una bassa energia di attivazione, è necessaria solo una piccola scintilla per avviare la reazione con l'ossigeno.
Reazione esotermica
Come tutti i combustibili, i reagenti, in questo caso idrogeno e ossigeno, si trovano a un livello energetico superiore rispetto ai prodotti della reazione. Ciò si traduce nel rilascio congiunto di energia dalla reazione, e questo è noto come reazione esotermica. Dopo che una certa quantità di molecole di idrogeno e ossigeno hanno reagito, l'energia rilasciata fa reagire anche le molecole circostanti, rilasciando più energia. Il risultato è una reazione rapida ed esplosiva, 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 nella configurazione elettronica. Gli atomi di idrogeno hanno un elettrone ciascuno. Si combinano in molecole di due atomi in modo che possano dividere due elettroni (uno per ciascuno). Questo perché il livello elettronico più interno è in uno stato energetico inferiore (e quindi più stabile) quando è occupato da due elettroni. Gli atomi di ossigeno hanno otto elettroni ciascuno. Si combinano in molecole a due atomi che condividono quattro elettroni, in modo che i loro strati elettronici più esterni siano completamente occupati da otto elettroni ciascuno. Tuttavia, un allineamento elettronico molto più stabile si verifica quando due atomi di idrogeno condividono un elettrone con un atomo di ossigeno. È necessaria solo una piccola quantità di energia per portare gli elettroni fuori dalla loro orbita in modo che possano riallinearsi nella formazione più energeticamente stabile, formando la nuova molecola, H2O.
Prodotti
In seguito al 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 produrre lavoro, come azionare turbine per il riscaldamento dell'acqua. I prodotti vengono generati rapidamente a causa della natura esotermica della reazione a catena. Come per tutte le reazioni chimiche, questo processo non è facilmente reversibile.