O hidrogênio é um combustível altamente reativo. As moléculas de hidrogênio reagem violentamente com o oxigênio quando as ligações moleculares existentes se rompem e novas ligações são formadas entre os átomos de oxigênio e hidrogênio. Como os produtos da reação estão em um nível de energia menor que os reagentes, o resultado é uma liberação explosiva de energia e a produção de água. Mas o hidrogênio não reage com o oxigênio à temperatura ambiente, uma fonte de energia é necessária para inflamar a mistura.

TL; DR (muito longo; não leu)

O hidrogênio e o oxigênio combinam-se para produzir água - e emitem bastante calor no processo.

Mistura de hidrogênio e oxigênio

Os gases de hidrogênio e oxigênio se misturam à temperatura ambiente sem reação química. Isso ocorre porque a velocidade das moléculas não fornece 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 fosse introduzida na mistura.

Energia de Ativação

A introdução de uma faísca na mistura resulta em temperaturas elevadas entre alguns as moléculas de hidrogênio e oxigênio. Moléculas a temperaturas mais altas viajam mais rápido e colidem com mais energia. Se as energias de colisão atingirem uma energia de ativação mínima suficiente para "quebrar" as ligações entre os reagentes, então uma reação entre o hidrogênio e o oxigênio ocorrerá. Como o hidrogênio tem uma baixa energia de ativação, apenas uma pequena centelha é necessária para desencadear uma reação com o oxigênio.

Reação exotérmica

Como todos os combustíveis, os reagentes, neste caso hidrogênio e oxigênio, estão em um nível de energia mais alto que os produtos da reação. Isso resulta na liberação líquida de energia da reação, e isso é conhecido como uma reação exotérmica. Depois que um conjunto de moléculas de hidrogênio e oxigênio reagiu, a energia liberada faz com que as moléculas da mistura ao redor reajam, liberando mais energia. O resultado é uma reação explosiva e rápida que libera energia rapidamente na forma de calor, luz e som.

Comportamento de elétrons

Em um nível submolecular, a razão para a diferença nos níveis de energia entre os reagentes e produtos, encontra-se com configurações eletrônicas. Átomos de hidrogênio têm um elétron cada. Eles se combinam em moléculas de dois para que possam compartilhar dois elétrons (um de cada). Isso ocorre porque a camada interna de elétrons está em um estado de energia mais baixo (e, portanto, mais estável) quando ocupada por dois elétrons. Átomos de oxigênio têm oito elétrons cada. Eles se combinam em moléculas de dois, compartilhando quatro elétrons de modo que suas camadas de elétrons mais externas estejam totalmente ocupadas por oito elétrons cada. No entanto, um alinhamento de elétrons muito mais estável surge quando dois átomos de hidrogênio compartilham um elétron com um átomo de oxigênio. Apenas uma pequena quantidade de energia é necessária para "bater" os elétrons dos reagentes "fora" de suas órbitas para que eles possam se realinhar no alinhamento mais energeticamente estável, formando uma nova molécula, H2O.

Produtos

Após o realinhamento eletrônico entre hidrogênio e oxigênio para criar uma nova molécula, o produto da reação é água e calor. O calor pode ser aproveitado para fazer o trabalho, como dirigir turbinas aquecendo a água. Os produtos são produzidos rapidamente devido à natureza exotérmica e de reação em cadeia dessa reação química. Como todas as reações químicas, a reação não é facilmente reversível.