مخلوط هيدروجين وأكسجين

مخلوط الهيدروجين والإكسجين أو أوكيسهيدروجين (بالإنجليزية: Oxyhydrogen) هو مخلوط إنفجاري من الهيدروجين و الأكسجين بنسبة مولية 2 :1 ، وهي نفس النسبة التي يتكون منها الماء .. يستخدم هذا المخلوط في القوس الهيدروجيني لإنتاج شعلات اللحام وتحضير المواد الشديدة المقاومة للحرارة ، وكان أول مخلوط يستخدم للحام . عمليا ، تستخدم نسبة من الهيدروجين والأكسجين 1:4 أو 1:5 لتفادي حدوث شعلة مؤكسدة .

خواصه

ينفجر مخلوط الهيدروجين والأكسجين بالنسبة 1:2 عدما تصل درجة حرارته 570 درجة مئوية من ذاته عند ضغط الجوي . وأقل طاقة تلزم لاشعال المخلوط ولتكن شرارة صغيرة تبلغ 20 ميكروجول. ويمكن حرق المخلوط إذا كانت نسبة الهيدروجين بين 4% و 95 % حجمية عند درجة حرارة الغرفة .

يتحول المخلوط إلى بخار الماء بالإشتعال وتنتج عن التفاعل حرارة (تفاعل ناشر للحرارة) ، تعمل على استمرار الاشتعال . وينتج عن تفاعل 1 مول من الهيدروجين 8و241 كيلو جول من الطاقة . ولا يعتمد مقدار الطاقة الناتجة على طريقة الاشتعال ولكن درجة حرارة الشعلة قد تختلف .

تنتج أعلى درجة حرارة من التفاعل (نحو 2800 درجة مئوية ) عند اشتعال مخلوط نقي بنسبة اتحاد العناصر ، وهي نحو 700 درجة مئوية أعلى من احتراق الهيدروجين في الهواء (بسبب وجود النتروجين في الهواء) . .

وعندما يخلط المخلوط بنسبة غير النسبة 1:2 أو عندما يخلط غاز خامل مثل النيتروجين فإن درجة حرارة المخلوط تكون أقل بسبب انتشار الحرارة الناتجة في كمية أكبر من المواد . .

تحضيره

ملف:Hofmann voltameter.svg

جهاز تحليل الماء.

ينتج مخلوط الهيدروجين والأكسجين بالتحليل الكهربائي للماء ، وفيه ينفصل غاز الأكسجين عن غاز الهيدروجين . كما يمكن تفكك الماء بالحرارة إلا أن ذلك يحتاج غلأى درجة حرارةعالية تصل إلى 2500 درجة مئوية .

وينشأ انفصال الهيدروجين عن الأكسجين في الماء بواسطة تيار كهربائي . يغمس القطبان الكهربيان في الماء ويضاف إليه قليل من حمض يساعد على التوصيل ويفضل حمض الكبريتيك أو محلول قلوي . كما يمكن استخدام ملح الطعام ك كهرل ولكن بحسب شدة التيار ونوع القطبان يمكن أن ينفصل الكلور بدلا من الأكسجين.

التفاعل الانفجاري

يشتعل مخلوط الهيدروجين والاكسجين بالنسبة 1:2 في انفجار شديد لأنه تفاعل ناشر للحرارة exothermic ، وتصل سرعة الانفجار 2820 متر/ثانية . وهو عملية احتراق .

معادلة التفاعل:

$$\begin{gathered} \mathrm{2} \\ {\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2} \\ {\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O} \end{gathered}$$

مجرد احداث شرارة في هذا المخلوط ينتج عنها تفاعلات تسلسلية تنتشر سريعا في كل حجم المخلوط المتاح ، تتفاعل فيه الهيدروجين والأكسجين وجزيئات هيدروكسيل OH-.

$$\begin{gathered} {\mathrm{H}}_{\mathrm{2}} \\ \stackrel{Energy}{\to } \\ \mathrm{H}\mathrm{\cdot }\mathrm{+}\mathrm{\cdot }\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{C}\mathrm{h}\mathrm{a}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{-}\mathrm{b}\mathrm{e}\mathrm{g}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{n}\mathrm{)} \end{gathered}$$

$\mathrm{H}\mathrm{\cdot }\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{\cdot }\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{O}\mathrm{\cdot }$

$\mathrm{O}\mathrm{\cdot }\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{\cdot }\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{\cdot }$

$\mathrm{\cdot }\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{\cdot }$

وينتج عن تفاعل الهيدروجين و الأكسجين الماء.

يكون انتاج 1 مول من الماء مصحوبا بحرارة صادرة قدرها 571,6 كيلوجول /مول (Δ_rH⁰ = −571,6 kJ/mol).

ويتغير الإنثالبي H لواحد مول من الماء الناتج بمقدار −286 كيلوجول/مول.

كما يؤدي التفاعل إلى تفاعل جانبي ينتج فوق أكسيد الهيدروجين:

${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$$\begin{gathered} {\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4} \\ {\mathrm{e}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}\mathrm{4} \\ {\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{⟶}\mathrm{2} \\ {\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O} \end{gathered}$$

ويحدث تفاعل الهيدروجين و الأكسجين أيضا في خلية الوقود . وطبقا لتصميم تلك الخلايا تُستغل الطاقة الحرة من التفاعل (وهي فرق الإنثالبي للمواد الداخلة في التفاعل والماء الناتج ) ، وهي هنا بصفة أدق طاقة جيبس الحرة ΔG لانتاج التيار الكهربي ويضيع جزء منها كحرارة . ويسري التفاعل في الخلية الوقود بطيئا ومُتحكم فيه .

Oxyhydrogen]] ca:Oxihidrogen da:Knaldgas de:Knallgas es:Oxihidrógeno fr:Oxyhydrogène it:Ossidrogeno he:חמצן-מימן nl:Knalgas ja:酸水素ガス no:Knallgass nds:Knallgas pl:Mieszanina piorunująca sr:Оксихидроген sv:Knallgas ta:ஆக்சிஹைட்ரஜன் uk:Гримучий газ