Contenu
- Mélange d'hydrogène et d'oxygène
- Énergie d'activation
- Réaction exothermique
- Comportement électronique
- Des produits
L'hydrogène est un carburant hautement réactif. Ses molécules réagissent violemment avec l'oxygène lorsque les liaisons moléculaires existantes sont rompues et que de nouvelles liaisons se forment entre les atomes d'oxygène et d'hydrogène. Comme les produits de réaction ont un niveau d'énergie inférieur à celui des réactifs, il en résulte une libération d'énergie explosive et la production d'eau. Mais l'hydrogène ne réagit pas avec l'oxygène à température ambiante, une source d'énergie est nécessaire pour enflammer le mélange.
Mélange d'hydrogène et d'oxygène
Les gaz hydrogène et oxygène se mélangent à température ambiante sans réaction chimique. En effet, la vitesse des molécules ne fournit pas suffisamment d'énergie cinétique pour activer la réaction lors de collisions entre les réactifs. Un mélange gazeux se forme, avec le potentiel de réagir violemment si une énergie suffisante est introduite dans le mélange.
Énergie d'activation
L'introduction d'une étincelle dans le mélange entraîne des températures élevées entre certaines des molécules d'hydrogène et d'oxygène. Les molécules à des températures plus élevées voyagent plus vite et entrent en collision avec plus d'énergie. Si les énergies de collision atteignent une énergie d'activation minimale suffisante pour «rompre» les liaisons entre les réactifs, alors la réaction a lieu. L'hydrogène ayant une faible énergie d'activation, seule une petite étincelle est nécessaire pour initier la réaction avec l'oxygène.
Réaction exothermique
Comme tous les combustibles, les réactifs, dans ce cas l'hydrogène et l'oxygène, sont à un niveau d'énergie plus élevé que les produits de la réaction. Cela entraîne la libération conjointe d'énergie de la réaction, ce que l'on appelle une réaction exothermique. Après la réaction d'une certaine quantité de molécules d'hydrogène et d'oxygène, l'énergie libérée fait également réagir les molécules environnantes, libérant plus d'énergie. Le résultat est une réaction rapide et explosive, qui libère rapidement de l'énergie sous forme de chaleur, de lumière et de son.
Comportement électronique
Au niveau submoléculaire, la raison de la différence de niveaux d'énergie entre les réactifs et les produits réside dans la configuration électronique. Les atomes d'hydrogène ont chacun un électron. Ils se combinent en molécules de deux atomes afin de pouvoir diviser deux électrons (un de chacun). En effet, le niveau électronique le plus interne est dans un état d'énergie inférieur (et donc plus stable) lorsqu'il est occupé par deux électrons. Les atomes d'oxygène ont chacun huit électrons. Ils se combinent en molécules à deux atomes partageant quatre électrons, de sorte que leurs couches électroniques les plus externes sont complètement occupées par huit électrons chacune. Cependant, un alignement électronique beaucoup plus stable se produit lorsque deux atomes d'hydrogène partagent un électron avec un atome d'oxygène. Seule une petite quantité d'énergie est nécessaire pour sortir les électrons de leur orbite afin qu'ils puissent se réaligner dans la formation la plus énergétiquement stable, formant la nouvelle molécule, H2O.
Des produits
Suite au réalignement électronique entre l'hydrogène et l'oxygène pour créer une nouvelle molécule, le produit de la réaction est l'eau et la chaleur. La chaleur peut être exploitée pour produire du travail, comme la conduite de turbines de chauffage de l'eau. Les produits sont générés rapidement en raison de la nature exothermique de la réaction en chaîne. Comme pour toutes les réactions chimiques, ce processus n'est pas facilement réversible.