Съдържание
Водородът е силно реактивно гориво. Неговите молекули реагират бурно с кислород, когато съществуващите молекулни връзки се разкъсват и се образуват нови връзки между кислородните и водородните атоми. Тъй като реакционните продукти имат по-ниско енергийно ниво от реагентите, резултатът е експлозивно отделяне на енергия и производство на вода. Но водородът не реагира с кислорода при стайна температура, необходим е източник на енергия, за да се запали сместа.
Смес от водород и кислород
Водородът и кислородът се смесват при стайна температура без химическа реакция. Това е така, защото скоростта на молекулите не осигурява достатъчно кинетична енергия, за да активира реакцията по време на сблъсъци между реагентите. Образува се газова смес с потенциал да реагира бурно, ако в сместа се въведе достатъчно енергия.
Енергия на активиране
Въвеждането на искра в сместа води до високи температури между някои от молекулите на водорода и кислорода. Молекулите при по-високи температури се движат по-бързо и се сблъскват с повече енергия. Ако енергиите на сблъсъка достигнат минимална енергия за активиране, достатъчна за "разкъсване" на връзките между реагентите, тогава реакцията протича. Тъй като водородът има ниска енергия на активиране, е необходима само малка искра, за да започне реакцията с кислород.
Екзотермична реакция
Както всички горива, реагентите, в този случай водородът и кислородът, са на по-високо енергийно ниво от продуктите на реакцията. Това води до съвместно освобождаване на енергия от реакцията и това е известно като екзотермична реакция. След като определено количество молекули водород и кислород реагират, освободената енергия кара околните молекули да реагират, освобождавайки повече енергия. Резултатът е бърза и експлозивна реакция, която бързо освобождава енергия под формата на топлина, светлина и звук.
Електронно поведение
На субмолекулно ниво причината за разликата в енергийните нива между реагентите и продуктите се крие в електронната конфигурация. Водородните атоми имат по един електрон. Те се комбинират в молекули от два атома, така че да могат да разделят два електрона (по един от всеки). Това е така, защото най-вътрешното електронно ниво е в по-ниско (и следователно по-стабилно) енергийно състояние, когато е заето от два електрона. Кислородните атоми имат по осем електрона. Те се комбинират в двуатомни молекули, споделящи четири електрона, така че техните най-външни електронни слоеве са напълно заети от осем електрона всеки. Много по-стабилно подреждане на електроните обаче се случва, когато два водородни атома споделят електрон с кислороден атом. Необходимо е само малко количество енергия, за да се изведат електроните от орбитата им, за да могат те да се пренастроят в най-енергийно стабилната формация, образувайки новата молекула, H2O.
Продукти
След електронното пренареждане между водород и кислород, за да се създаде нова молекула, продуктът на реакцията е вода и топлина. Топлината може да бъде използвана, за да се получи работа, като например задвижване на турбини за отопление на вода. Продуктите се генерират бързо поради екзотермичния характер на верижната реакция. Както при всички химични реакции, този процес не е лесно обратим.