المحتوى
الهيدروجين وقود شديد التفاعل. تتفاعل جزيئاته بعنف مع الأكسجين عندما تنكسر الروابط الجزيئية الموجودة وتتشكل روابط جديدة بين ذرات الأكسجين والهيدروجين. نظرًا لأن منتجات التفاعل لها مستوى طاقة أقل من المواد المتفاعلة ، فإن النتيجة هي إطلاق متفجر للطاقة وإنتاج الماء. لكن الهيدروجين لا يتفاعل مع الأكسجين عند درجة حرارة الغرفة ، فهناك حاجة إلى مصدر طاقة لإشعال الخليط.
خليط من الهيدروجين والأكسجين
تختلط غازات الهيدروجين والأكسجين في درجة حرارة الغرفة دون تفاعل كيميائي. وذلك لأن سرعة الجزيئات لا توفر طاقة حركية كافية لتنشيط التفاعل أثناء الاصطدام بين المواد المتفاعلة. يتكون خليط غاز ، مع إمكانية التفاعل بعنف إذا تم إدخال طاقة كافية في الخليط.
طاقة التفعيل
ينتج عن إدخال شرارة في الخليط درجات حرارة عالية بين بعض جزيئات الهيدروجين والأكسجين. تنتقل الجزيئات في درجات حرارة أعلى بشكل أسرع وتصطدم بمزيد من الطاقة. إذا وصلت طاقات التصادم إلى الحد الأدنى من طاقة التنشيط الكافية "لكسر" الروابط بين المواد المتفاعلة ، عندئذٍ يحدث التفاعل. نظرًا لأن الهيدروجين يحتوي على طاقة تنشيط منخفضة ، فلا يلزم سوى شرارة صغيرة لبدء التفاعل مع الأكسجين.
تفاعل طارد للحرارة
مثل جميع أنواع الوقود ، تكون المواد المتفاعلة ، في هذه الحالة الهيدروجين والأكسجين ، عند مستوى طاقة أعلى من نواتج التفاعل. ينتج عن هذا إطلاق مشترك للطاقة من التفاعل ، وهذا ما يُعرف بالتفاعل الطارد للحرارة. بعد تفاعل كمية معينة من جزيئات الهيدروجين والأكسجين ، تتسبب الطاقة المنبعثة في تفاعل الجزيئات المحيطة أيضًا ، مما يطلق المزيد من الطاقة. والنتيجة هي تفاعل سريع ومتفجر يطلق الطاقة بسرعة على شكل حرارة وضوء وصوت.
السلوك الإلكتروني
على المستوى الجزيئي ، يكمن سبب الاختلاف في مستويات الطاقة بين الكواشف والمنتجات في التكوين الإلكتروني. لكل ذرات الهيدروجين إلكترون واحد. تتحد في جزيئات من ذرتين حتى يتمكنوا من تقسيم إلكترونين (واحد من كل منهما). هذا لأن المستوى الإلكتروني الأعمق يكون في حالة طاقة أقل (وبالتالي أكثر استقرارًا) عندما يشغلها إلكترونان. تحتوي كل ذرات الأكسجين على ثمانية إلكترونات. تتحد في جزيئات ذرتين تشتركان في أربعة إلكترونات ، بحيث يتم احتلال الطبقات الإلكترونية الخارجية بالكامل بواسطة ثمانية إلكترونات لكل منها. ومع ذلك ، فإن محاذاة الإلكترون الأكثر استقرارًا تحدث عندما تشترك ذرتان من الهيدروجين في الإلكترون مع ذرة الأكسجين. هناك حاجة إلى كمية صغيرة فقط من الطاقة لإخراج الإلكترونات من مدارها حتى تتمكن من إعادة تنظيم نفسها في أكثر التشكيلات استقرارًا من حيث الطاقة ، وتشكيل الجزيء الجديد ، H2O.
منتجات
بعد إعادة المحاذاة الإلكترونية بين الهيدروجين والأكسجين لإنشاء جزيء جديد ، يكون ناتج التفاعل هو الماء والحرارة. يمكن تسخير الحرارة لإنتاج عمل ، مثل قيادة توربينات تسخين المياه. يتم إنشاء المنتجات بسرعة بسبب الطبيعة الطاردة للحرارة للتفاعل المتسلسل. كما هو الحال مع جميع التفاعلات الكيميائية ، لا يمكن عكس هذه العملية بسهولة.