Mistura de hidrogênio e oxigênio

Os gases de hidrogênio e oxigênio se misturam na temperatura ambiente sem reação química. Isso acontece porque a velocidade das moléculas não oferece energia cinética suficiente para ativar a reação durante as colisões entre os reagentes. Uma mistura de gases é formada, com o potencial de reagir violentamente se energia suficiente for introduzida à mistura.

Energia de ativação

A introdução de uma faísca à mistura resulta em altas temperaturas entre algumas das moléculas de hidrogênio e oxigênio. As moléculas em temperaturas mais altas viajam mais rapidamente e colidem com mais energia. Se as energias de colisão chegarem a uma energia de ativação mínima suficiente para "quebrar" as ligações entre os reagentes, então a reação acontece. Como o hidrogênio possui uma energia de ativação baixa, apenas uma pequena faísca é necessária para iniciar a reação com o oxigênio.

Reação exotérmica

Assim como todos os combustíveis, os reagentes, nesse caso hidrogênio e oxigênio, estão em um nível de energia mais altos que os produtos da reação. Isso resulta na liberação conjunta de energia da reação, e isso é conhecido como reação exotérmica. Depois que uma determinada quantidade de moléculas de hidrogênio e oxigênio reagiram, a energia liberada faz com que as moléculas ao redor também reajam, liberando mais energia. O resultado é uma reação rápida e explosiva, que libera energia rapidamente na forma de calor, luz e som.

Comportamento eletrônico

Em um nível submolecular, a razão para a diferença em níveis de energia entre os reagentes e produtos reside na configuração eletrônica. Os átomos de hidrogênio possuem um elétron cada. Eles se combinam em moléculas de dois átomos para que possam dividir dois elétrons (um de cada). Isso acontece porque o nível eletrônico mais interno está em um estado de energia mais baixa (e portanto mais estável) quando ocupados por dois elétrons. Os átomos de oxigênio possuem oito elétrons cada. Eles se combinam em moléculas de dois átomos compartilhando quatro elétrons, para que suas camadas eletrônicas mais externas fiquem completamente ocupadas por oito elétrons cada. Entretanto, um alinhamento muito mais estável de elétrons acontece quando dois átomos de hidrogênio dividem um elétron com um átomo de oxigênio. Apenas uma pequena quantidade de energia é necessária para levar os elétrons para fora de sua órbita para que eles possam se realinhar na formação mais energeticamente estável, formando a nova molécula, H2O.

Produtos

Seguindo o realinhamento eletrônico entre o hidrogênio e o oxigênio para criar uma nova molécula, o produto da reação é água e calor. O calor pode ser aproveitado para produzir trabalho, como conduzir turbinas por aquecimento de água. Os produtos são gerados rapidamente devido à natureza exotérmica da reação em cadeia. Assim como em todas as reações químicas, esse processo não é facilmente reversível.