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El mecanismo de reacción de la combustión de H2?

Después de una discusión acerca de la utilidad de combustible de hidrógeno para automóviles con un amigo mío, me preguntaba lo que el mecanismo de reacción para la combustión de la $\ce{H}_2$ fue. Yo sólo estudio (bueno casi) química orgánica, por lo que no tengo idea de si los mecanismos de la química orgánica se puede aplicar a todos los que no las moléculas orgánicas.

Así tenemos la siguiente reacción:

$$2\ce{H}_2+\ce{O}_2\rightarrow\ce{2H2O}$$

En la mayoría de los libros de texto este podría ser descrito como un redox reacción con las dos medias reacciones:

$$2\ce{H}^{+}+2\ce{e}^{-}\rightarrow\ce{H2}$$ $$\ce{O}_2+4\ce{H}^{+}+4\ce{e}^{-}\rightarrow\ce{2H2O}$$

Pero me preguntaba cuál es el verdadero mecanismo. Basado en mi orgánica pensamiento pensé que el siguiente (probablemente completamente equivocado, pero creo que es importante para el estado, porque alguien puede corregirme mucho mejor si puedo expresar mi pensamiento de lo que si no tiene idea de dónde la idea errónea de empezar):

Si la temperatura es suficientemente alta de un largo par de oxígeno, se podría romper el H-H (el par solitario será donado a la $\sigma^{*}$ bonos) bonos y la forma $\ce{2H^{-}}$ (cada H se hace un electrón debido a su igual electronegatividad). $\ce{H^{-}}$ es muy inestable y reacciona inmediatamente con el oxígeno vacías orbital, el otro va a romper el $\ce{O=O}$ $\pi$ de bonos. Los electrones en el $\pi$ bonos de ir a la carga positiva del átomo de oxígeno (el que donó sus electrones en el primer paso). Ahora uno de oxígeno átomo es neutro y el otro tiene una carga positiva (porque los electrones de la $\pi$ bonos se fue para el otro oxígeno), donde el $\ce{H^{-}}$ de ataque de la formación de peróxido de hidrógeno ($\ce{HO-OH}$). El anterior proceso se repetirá, pero en vez de eso $\sigma$ enlace entre los átomos de oxígeno se rompe, dando lugar a dos moléculas de agua, $2\ce{H2O}$.

Probablemente es totalmente incorrecta, pero que para eso estoy yo aquí para supongo jaja. Por favor, no downvote de mí para tratar de explicar, era sólo un intento para mí.

19voto

maccullt Puntos 1555

Este post trata con el mecanismo que se observa en la fase de gas. Es, por supuesto, no es tan simple como la ecuación podría sugerir y le hizo sospechar que ya. $$\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$$

Este será dividido en diferentes primaria sub reacciones. Cualquier mezcla de Oxígeno y de Hidrógeno es metaestable (estables mientras no cambien las condiciones). Si usted proporciona la energía suficiente para superar la barrera de activación, la reacción va a tomar su causa: $$\ce{H2 <=>[\Delta T] H.}$$

La resultante de los átomos de Hidrógeno son muy inestables y reaccionan con nada en llegar, pero lo más importante, con $\ce{O2}$ (que es un triplete biradical), la formación de radicales hidroxilo. Esta reacción es endotérmica (requiere energía). $$\ce{H. + O2 -> HO. + O}$$

El resultado de los radicales de Oxígeno puede reaccionar de nuevo con $\ce{H2}$ a forma más Hidrógeno a los radicales. Esta reacción también es endotérmica. $$\ce{O + H2 -> HO. + H.}$$

Los radicales Hidroxilo también pueden reaccionar con los $\ce{H2}$ a forma más Hidrógeno a los radicales, que es un poco exotermia (libera energía) de la reacción.

El resultado neto de estas ecuaciones conduce a un poco exotermia suma, con alto potencial: $$\ce{3H2 + O2 -> 2H2O + 2H.}$$

En principio, el de Hidrógeno, radicales reaccionan como catalizador. Sin embargo, esta reacción es altamente ramificada reacción en cadena, incluyendo una gran cantidad de reacciones de los radicales. Debido a ello, más y más Hidrógeno a los radicales serán producidos.

Este esquema eventualmente terminará cuando las concentraciones de $\ce{O2,H2}$ será inferior forzar el exceso de radicales reaccionan el uno con el otro. $$\ce{HO. + H. -> H2O}$$

Otra posibilidad que se está formando como un subproducto de peróxido de Hidrógeno, que es una reacción exotérmica: $$\ce{H. + O2 -> HO2.}\\ \ce{2HO2. -> H2O2 +O2}$$

(También pasa, pero no tan importante: $\ce{HO. + HO. <=> H2O2}$)

Como hay Hidroxilo de Hidrógeno y radicales presentes, el peróxido de tomar parte en la reacción en cadena. Sin embargo, esta reacción también proporciona la energía necesaria para allegarse más $\ce{H2}$. Peróxido de benzoilo es también fácilmente se escindió de nuevo, o reacciona con otros: $$\ce{2H2O2 -> 2H2O + O2}$$

Todo esto resulta en el producto principal de agua.

Por favor, tenga en cuenta que hay muchos factores que influyen en estas reacciones. Fuertemente dependiente de la presión, la temperatura y el entorno. Las superficies y/ o catalizadores que intervienen en esta reacción puede cambiar completamente.


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