Хімічна реакція горіння
Розглядаючи питання, температури горіння водню з киснем, наведемо хімічну реакцію, яка описує цей процес: 2H2 + O2 => 2H2O. Тобто в реакції беруть участь 3 молекули (дві водню і одна кисню), а продуктом є дві молекули води. Ця реакція описує горіння з хімічної точки зору, і по ній можна судити, що після її проходження залишається тільки чиста вода, яка не забруднює навколишнє середовище, як це відбувається при згоранні органічного палива (бензину, спирту).
З іншого боку, ця реакція є екзотермічною, тобто крім води вона виділяє деякий кількості тепла, яке можна використовувати для приведення в рух машин і ракет, а також для його переведення на інші джерела енергії, наприклад, в електрику.
Механізм процесу горіння водню
Описана в попередньому пункті хімічна реакція відома кожному школяру старших класів, однак вона є дуже грубим описом того процесу, який відбувається в дійсності. Зазначимо, що до середини минулого століття людство не знало, як відбувається горіння водню в повітрі, а в 1956 році за її вивчення була присуджена Нобелівська премія з хімії.
Насправді, якщо зіштовхнути молекули O2 і H2, то ніякої реакції не відбудеться. Обидві молекули є досить стійкими. Щоб горіння відбувалося, і утворювалася вода, необхідне існування вільних радикалів. Зокрема, атомів H, O і груп OH. Нижче наводиться послідовність реакцій, які відбуваються в дійсності при горінні водню:
- H + O2 => OH + O;
- OH + H2 => H2O + H;
- O + H2 = OH + H.
Що видно з цих реакцій? При горінні водню утворюється вода, так, вірно, але відбувається це тільки, коли група з двох атомів OH зустрічається з молекулою H2. Крім того, всі реакції відбуваються з утворенням вільних радикалів, це означає, що запускається процес самопідтримки горіння.
Таким чином, ключовий момент запуску цієї реакції полягає в утворенні радикалів. Вони з’являються, якщо піднести до кисень-водневої суміші запалений сірник, або якщо нагріти цю суміш вище певної температури.
