Obsah
Vodík je vysoko reaktívne palivo. Jeho molekuly prudko reagujú s kyslíkom, keď sa porušia existujúce molekulárne väzby a vytvoria sa nové väzby medzi atómami kyslíka a vodíka. Pretože reakčné produkty majú nižšiu hladinu energie ako reaktanty, výsledkom je explozívne uvoľňovanie energie a tvorba vody. Ale vodík pri izbovej teplote nereaguje s kyslíkom, na zapálenie zmesi je potrebný zdroj energie.
Zmes vodíka a kyslíka
Vodík a kyslík sa zmiešajú pri izbovej teplote bez chemickej reakcie. Je to preto, že rýchlosť molekúl neposkytuje dostatok kinetickej energie na aktiváciu reakcie počas kolízií medzi reaktantmi. Vytvorí sa plynná zmes s potenciálom prudko reagovať, ak sa do zmesi vloží dostatočné množstvo energie.
Aktivačná energia
Zavedenie iskry do zmesi vedie k vysokým teplotám medzi niektorými molekulami vodíka a kyslíka. Molekuly pri vyšších teplotách cestujú rýchlejšie a kolidujú s väčšou energiou. Ak energie zrážky dosiahnu minimálnu aktivačnú energiu dostatočnú na „pretrhnutie“ väzieb medzi reaktantmi, potom dôjde k reakcii. Pretože vodík má nízku aktivačnú energiu, na zahájenie reakcie s kyslíkom je potrebná iba malá iskra.
Exotermická reakcia
Rovnako ako všetky palivá, aj tu majú reaktanty, v tomto prípade vodík a kyslík, vyššiu energetickú hladinu ako produkty reakcie. To má za následok spoločné uvoľnenie energie z reakcie a toto je známe ako exotermická reakcia. Po reakcii určitého množstva molekúl vodíka a kyslíka uvoľnená energia spôsobí reakciu aj okolitých molekúl, čím sa uvoľní viac energie. Výsledkom je rýchla a výbušná reakcia, pri ktorej sa rýchlo uvoľňuje energia vo forme tepla, svetla a zvuku.
Elektronické správanie
Na submolekulárnej úrovni spočíva rozdiel v energetických hladinách medzi činidlami a produktmi v elektronickej konfigurácii. Atómy vodíka majú každý jeden elektrón. Zlučujú sa do molekúl dvoch atómov, aby mohli rozdeliť dva elektróny (jeden od každého). Je to tak preto, lebo najvnútornejšia elektronická úroveň je v nižšom (a teda stabilnejšom) energetickom stave, keď je obsadená dvoma elektrónmi. Atómy kyslíka majú každý osem elektrónov. Spájajú sa do dvojatómových molekúl zdieľajúcich štyri elektróny, takže ich najvzdialenejšie elektronické vrstvy sú úplne obsadené ôsmimi elektrónmi. Oveľa stabilnejšie usporiadanie elektrónov však nastáva, keď dva atómy vodíka zdieľajú elektrón s atómom kyslíka. Na vynesenie elektrónov z ich obežnej dráhy je potrebné len malé množstvo energie, aby sa mohli znovu zorientovať v energeticky najstabilnejšej formácii a vytvoriť tak novú molekulu H2O.
Produkty
Po elektronickom preskupení medzi vodíkom a kyslíkom a vytvorením novej molekuly je produktom reakcie voda a teplo. Teplo sa dá využiť na prácu, napríklad na pohon turbín na ohrev vody. Produkty sa vytvárajú rýchlo vďaka exotermickej povahe reťazovej reakcie. Rovnako ako pri všetkých chemických reakciách, ani tento proces nie je ľahko reverzibilný.