Waterstof is een zeer reactieve brandstof. Waterstofmoleculen reageren heftig met zuurstof wanneer de bestaande moleculaire bindingen breken en nieuwe bindingen worden gevormd tussen zuurstof- en waterstofatomen. Omdat de producten van de reactie op een lager energieniveau zijn dan de reactanten, is het resultaat een explosieve vrijgave van energie en de productie van water. Maar waterstof reageert niet met zuurstof bij kamertemperatuur, er is een energiebron nodig om het mengsel te ontsteken.

TL; DR (te lang; heeft niet gelezen)

Waterstof en zuurstof zullen combineren om water te maken - en geven veel warmte af in het proces.

Waterstof en zuurstof mengen

Waterstof en zuurstof gassen mengen op kamertemperatuur zonder chemische reactie. Dit komt omdat de snelheid van de moleculen niet voldoende kinetische energie verschaft om de reactie tijdens botsingen tussen de reactanten te activeren. Er wordt een mengsel van gassen gevormd, met de mogelijkheid om heftig te reageren als voldoende energie aan het mengsel wordt toegevoegd.

Activeringsenergie

Introductie van een vonk voor het mengsel leidt tot verhoogde temperaturen bij sommige van de waterstof- en zuurstofmoleculen. Moleculen bij hogere temperaturen reizen sneller en botsen met meer energie. Als botsingsenergieën een minimale activeringsenergie bereiken die voldoende is om de bindingen tussen de reactanten te "breken", volgt een reactie tussen waterstof en zuurstof. Omdat waterstof een lage activeringsenergie heeft, is slechts een kleine vonk nodig om een ​​reactie met zuurstof te activeren.

Exotherme reactie

Zoals alle brandstoffen zijn de reactanten, in dit geval waterstof en zuurstof, een hoger energieniveau dan de producten van de reactie. Dit resulteert in de netto afgifte van energie uit de reactie, en dit staat bekend als een exotherme reactie. Nadat één set waterstof- en zuurstofmoleculen heeft gereageerd, activeert de vrijkomende energie moleculen in het omringende mengsel om te reageren, waardoor meer energie vrijkomt. Het resultaat is een explosieve, snelle reactie die snel energie afgeeft in de vorm van warmte, licht en geluid.

Elektronisch gedrag

Op submoleculair niveau is de reden voor het verschil in energieniveaus tussen de reactanten en producten, ligt met elektronische configuraties. Waterstofatomen hebben elk één elektron. Ze combineren zich tot moleculen van twee, zodat ze twee elektronen kunnen delen (elk één). Dit komt omdat de meest binnen gelegen elektronenschil zich in een lagere energietoestand bevindt (en dus stabieler) wanneer hij bezet is door twee elektronen. Zuurstofatomen hebben elk acht elektronen. Ze combineren zich in moleculen van twee door vier elektronen te delen, zodat hun buitenste elektronenschillen volledig bezet worden door acht elektronen elk. Er ontstaat echter een veel stabielere uitlijning van elektronen wanneer twee waterstofatomen een elektron delen met één zuurstofatoom. Er is slechts een kleine hoeveelheid energie nodig om de elektronen van de reactanten "uit" hun banen te "stoten", zodat ze zich kunnen afstemmen op de meer energetisch stabiele uitlijning, een nieuw molecuul vormen, H2O.

Producten

Na de elektronische herschikking tussen waterstof en zuurstof om een ​​nieuw molecuul te creëren, is het product van de reactie water en warmte. De warmte kan worden benut om werk te doen, zoals het aandrijven van turbines door water te verwarmen. De producten worden snel geproduceerd vanwege de exotherme, kettingreactieve aard van deze chemische reactie. Zoals alle chemische reacties is de reactie niet gemakkelijk omkeerbaar.