Możesz myśleć o wodzie jako popiele ze spalania wodoru: już w wyniku reakcji wodoru z tlenem wydziela się jak najwięcej energii.

Możesz jednak nadal spalić. Potrzebujesz tylko jeszcze silniejszego utleniacza niż tlen. Nie ma ich wiele, ale fluoru zadziała,

$$ \ ce {2F2 + 2H2O -> 4HF + O2} $$

podobnie jak trifluorek chloru:

$$ \ ce {ClF3 + 2H2O -> 3HF + HCl + O2} $$

Oto reakcja zachodząca podczas spalania wodoru:

$$ \ ce {2H2 + O2 -> 2H2O} $$

Podobnie jest to reakcja spalania metanu , reprezentatywne paliwo:

$$ \ ce {CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O} $$

Woda jest produktem w obu tych reakcje. Tak więc woda reprezentuje coś, co zostało już utlenione przez tlen i jako taka nie ma większego zysku energetycznego, który można uzyskać, próbując ponownie reagować z tlenem.

$ \ ce {H2O2} $ istnieje i może być tym, czego można się spodziewać po spalaniu wody (ponieważ spalanie naprawdę utlenia się lub dodaje tlenu).

Jednak w proporcje stechiometryczne, oto co by się stało:

Albo dalsze spalanie przy pomocy tlenu z zewnątrz

$$ \ ce {2H2O + O2 < - > 2H2O2} $$

lub rozłożyć wodę na tlen i odrzucić wodór:

$$ \ ce {2H2O < - > H2O2 + H2} $$

Aby określić, czy to zadziała, możemy po prostu obliczyć wynik energii:

• $ \ ce {HH} $ energia obligacji wynosi 432 $,
• $ \ ce {HO} $ to 459 $,
• $ \ ce {OO} $ to 142 $,
• $ \ ce {O = O} $ to 494 $

(wszystko w $ \ mathrm {kJ / mol} $)

Ponadto $ \ ce {H2O} $ to $ \ ce {HOH} $, a $ \ ce {H2O2} $ to $ \ ce {HOOH} $ .

Dla pierwszego równania mamy:

• $ 2 \ times 2 \ times \ ce {HO} + \ ce {O = O} = 2 \ times 2 \ times 459 + 494 = 2330 $
• $ 2 \ times (\ ce {HO} + \ ce {OO} + \ ce {OH}) = 2 \ times (459 + 142 + 459) = 2120 $
• Wynik to -210 $ \ \ mathrm { kJ / mol} $

Drugie równanie:

• $ 2 \ times 2 \ times \ ce {HO} = 2 \ times 2 \ times 459 = 1836 $
• $ (\ ce {HO} + \ ce {OO} + \ ce {OH}) + \ ce {HH} = (459 + 142 + 459) + 432 = 1492 $
• Wynik to $ -344 \ \ mathrm {kJ / mol} $

Widzimy więc, że obie reakcje są endotermiczne, więc bardziej prawdopodobne jest, że:

$$ \ ce {H2O2 + H2 -> 2H2O} $$$$ \ ce {2H2O2 -> 2H2O + O2} $$

Dla porównania:

$$ \ ce {2H2 + O2 -> 2H2O} $$

Ma następującą energię:

$$ 2 \ times 432 + 494 \ ce {->} 4 \ times 459 $$

To jest egzotermiczna reakcja o energii + 478 $ \ \ mathrm {kJ / mol} $

Staje się to intuicyjne, gdy zaakceptujesz, że jakikolwiek związek chemiczny będzie „chciał” być w stanie o najniższej energii, stanie podstawowym dla danej temperatury i ciśnienia. Na przykład, jeśli wykreślisz energię układu dwóch atomów wodoru względem rozdzielenia atomów, wygląda to tak:

Więc kiedy połączysz ze sobą dwa atomy wodoru, tworzą cząsteczkę i uwalniają pewną ilość energii $ D_e $ . Cząsteczka H $ _ 2 $ jest stanem podstawowym wodoru, więc w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem wodoru można się spodziewać jedynie wodoru w postaci cząsteczek. Trudno jest narysować analogiczny wykres dla wody, ponieważ cząsteczka ma więcej stopni swobody (w rzeczywistości musiałbyś narysować siedmiowymiarowy wykres), ale zobaczyłbyś H $ _ 2 $ O jako stan podstawowy systemu składającego się z dwóch części wodoru i jednej części tlenu.

Wracając do pytania: dlaczego woda gasi ogień zamiast go katalizować? To naprawdę zależy od tego, co palisz. Załóżmy, że to drewno, które składa się głównie z węgla i wodoru, ale dla uproszczenia użyjemy po prostu metanu, który jest podobny:

CH $ _ 4 $ + O $ _ 2 $ $ \ rightarrow $ CO _ 2 $ + 2H _ 2 $ O + energia

Energia uwolniona po prawej stronie równaniem jest „spalanie”. Podstawowym stanem większości systemów zawierających węgiel, tlen i wodór jest połączenie dwutlenku węgla i wody. Ta kombinacja ma najniższą energię i aby uzyskać cokolwiek innego, musiałbyś wpompować energię do systemu.

Jednak woda nie jest podstawowym stanem wszystkich systemów chemicznych, na przykład sodu, wodoru i tlenu. Można to zobaczyć, jeśli wygooglujesz film przedstawiający reakcję sodu z wodą. W tym przypadku stanem podstawowym systemu jest wodorotlenek sodu i wodór gazowy, więc w tym przypadku woda „pali się”:

2Na + 2H $ _ 2 $ O $ \ rightarrow $ 2NaOH + H $ _ 2 $

Ponieważ wodór w wodzie jest już utleniony. Kiedy magnez spala się w wodzie, magnez jest utleniany, ponieważ magnez pobiera (wiąże się) z tlenem z cząsteczek wody. Powoduje to uwolnienie gazowego wodoru, który mógłby / mógłby spalić się w powietrzu (powietrze zawiera około 1/5 tlenu, 4/5 azotu), aby ponownie utworzyć wodę.

Kiedy reagują różne chemikalia, tworzą produkty o zupełnie innych właściwościach niż to, co w nich wchodzi.

W tym przypadku wodór i tlen są bardzo reaktywne, dlatego reagują razem (lub „ spal '), tworząc wodę. Powstająca woda jest znacznie mniej reaktywna i nie reaguje łatwo z tlenem, więc nie pali się.

Ponieważ woda jest tak niereaktywna, jej interakcja z ogniem jest całkowicie fizyczna. Bardzo szybko pochłania dużo ciepła i zapobiega przedostawaniu się tlenu do paliwa. Pomiędzy tymi dwoma efektami jest to najprostszy sposób na ugaszenie ognia.

Woda już jest spalonym wodorem: $$ \ ce {H2 + 1 / 2O2 -> H2O} $$

Reakcja utleniania wody coraz bardziej (na przykład do nadtlenku) jest niekorzystne, a nadtlenek rozkłada się jako:

$$ \ ce {H2O2 -> H2O + 1 / 2O2} $$

z ΔH −98,2 kJ / mol i ΔS 70,5 J / (mol · K)