Contenido
- Mezcla de hidrógeno y oxígeno
- Energía de activación
- Reacción exotérmica
- Comportamiento electrónico
- Productos
El hidrógeno es un combustible muy reactivo. Sus moléculas reaccionan violentamente con el oxígeno cuando se rompen los enlaces moleculares existentes y se forman nuevos enlaces entre los átomos de oxígeno e hidrógeno. Como los productos de reacción tienen un nivel de energía más bajo que los reactivos, el resultado es una liberación explosiva de energía y la producción de agua. Pero el hidrógeno no reacciona con el oxígeno a temperatura ambiente, se necesita una fuente de energía para encender la mezcla.
Mezcla de hidrógeno y oxígeno
Los gases de hidrógeno y oxígeno se mezclan a temperatura ambiente sin reacción química. Esto se debe a que la velocidad de las moléculas no proporciona suficiente energía cinética para activar la reacción durante las colisiones entre los reactivos. Se forma una mezcla de gases, con el potencial de reaccionar violentamente si se introduce suficiente energía en la mezcla.
Energía de activación
La introducción de una chispa en la mezcla da como resultado altas temperaturas entre algunas de las moléculas de hidrógeno y oxígeno. Las moléculas a temperaturas más altas viajan más rápido y chocan con más energía. Si las energías de colisión alcanzan una energía de activación mínima suficiente para "romper" los enlaces entre los reactivos, entonces tiene lugar la reacción. Dado que el hidrógeno tiene una energía de activación baja, solo se necesita una pequeña chispa para iniciar la reacción con el oxígeno.
Reacción exotérmica
Como todos los combustibles, los reactivos, en este caso el hidrógeno y el oxígeno, tienen un nivel de energía más alto que los productos de la reacción. Esto da como resultado la liberación conjunta de energía de la reacción, y esto se conoce como reacción exotérmica. Después de que una cierta cantidad de moléculas de hidrógeno y oxígeno hayan reaccionado, la energía liberada hace que las moléculas circundantes reaccionen también, liberando más energía. El resultado es una reacción rápida y explosiva, que libera energía rápidamente en forma de calor, luz y sonido.
Comportamiento electrónico
A nivel submolecular, la razón de la diferencia de niveles de energía entre reactivos y productos radica en la configuración electrónica. Los átomos de hidrógeno tienen un electrón cada uno. Se combinan en moléculas de dos átomos para poder dividir dos electrones (uno de cada uno). Esto se debe a que el nivel electrónico más interno se encuentra en un estado de energía más bajo (y por lo tanto más estable) cuando está ocupado por dos electrones. Los átomos de oxígeno tienen ocho electrones cada uno. Se combinan en moléculas de dos átomos que comparten cuatro electrones, de modo que sus capas electrónicas más externas están completamente ocupadas por ocho electrones cada una. Sin embargo, se produce una alineación de electrones mucho más estable cuando dos átomos de hidrógeno comparten un electrón con un átomo de oxígeno. Solo se necesita una pequeña cantidad de energía para sacar los electrones de su órbita para que puedan realinearse en la formación más estable energéticamente, formando la nueva molécula, H2O.
Productos
Tras el realineamiento electrónico entre el hidrógeno y el oxígeno para crear una nueva molécula, el producto de la reacción es agua y calor. El calor se puede aprovechar para producir trabajo, como impulsar turbinas de calentamiento de agua. Los productos se generan rápidamente debido a la naturaleza exotérmica de la reacción en cadena. Como ocurre con todas las reacciones químicas, este proceso no es fácilmente reversible.