Obsah
Vodík je vysoce reaktivní palivo. Jeho molekuly prudce reagují s kyslíkem, když se stávající molekulární vazby rozbijí a vytvoří se nové vazby mezi atomy kyslíku a vodíku. Jelikož reakční produkty mají nižší energetickou hladinu než reaktanty, výsledkem je explozivní uvolňování energie a produkce vody. Vodík ale při pokojové teplotě nereaguje s kyslíkem, k zapálení směsi je zapotřebí zdroj energie.
Směs vodíku a kyslíku
Vodíkové a kyslíkové plyny se mísí při teplotě místnosti bez chemické reakce. Je to proto, že rychlost molekul neposkytuje dostatek kinetické energie k aktivaci reakce během srážek mezi reaktanty. Vytvoří se plynná směs s potenciálem prudce reagovat, pokud se do směsi zavede dostatek energie.
Aktivační energie
Zavedení jiskry do směsi má za následek vysoké teploty mezi některými molekulami vodíku a kyslíku. Molekuly při vyšších teplotách cestují rychleji a kolidují s větší energií. Pokud energie srážky dosáhnou minimální aktivační energie dostatečné k „rozbití“ vazeb mezi reaktanty, dojde k reakci. Vzhledem k tomu, že vodík má nízkou aktivační energii, je k zahájení reakce s kyslíkem zapotřebí pouze malá jiskra.
Exotermická reakce
Stejně jako všechna paliva jsou reaktanty, v tomto případě vodík a kyslík, na vyšší energetické úrovni než produkty reakce. To má za následek společné uvolnění energie z reakce, což se označuje jako exotermická reakce. Po reakci určitého množství molekul vodíku a kyslíku způsobí uvolněná energie také reakci okolních molekul a uvolní více energie. Výsledkem je rychlá a výbušná reakce, při které se rychle uvolňuje energie ve formě tepla, světla a zvuku.
Elektronické chování
Na submolekulární úrovni spočívá důvod pro rozdíl v energetických hladinách mezi reagenciemi a produkty v elektronické konfiguraci. Atomy vodíku mají každý jeden elektron. Spojují se do molekul dvou atomů, aby mohli rozdělit dva elektrony (jeden od každého). Je to proto, že nejvnitřnější elektronická úroveň je v nižším (a tedy stabilnějším) energetickém stavu, když je obsazena dvěma elektrony. Atomy kyslíku mají každý osm elektronů. Spojují se do dvou atomových molekul sdílejících čtyři elektrony, takže jejich nejvzdálenější elektronické vrstvy jsou úplně obsazeny osmi elektrony. K mnohem stabilnějšímu elektronovému vyrovnání však dochází, když dva atomy vodíku sdílejí elektron s atomem kyslíku. K vyjmutí elektronů z jejich oběžné dráhy je zapotřebí jen malé množství energie, aby se mohly znovu vyrovnat v energeticky nejstabilnější formaci a vytvořit novou molekulu H2O.
produkty
Po elektronickém přeskupení mezi vodíkem a kyslíkem za vzniku nové molekuly je produktem reakce voda a teplo. Teplo lze využít k výrobě práce, například k pohánění turbín na ohřev vody. Produkty se generují rychle díky exotermické povaze řetězové reakce. Stejně jako u všech chemických reakcí není tento proces snadno reverzibilní.