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水素は反応性の高い燃料です。その分子は、既存の分子結合が破壊され、酸素と水素原子の間に新しい結合が形成されると、酸素と激しく反応します。反応生成物は反応物よりもエネルギーレベルが低いため、結果としてエネルギーの爆発的な放出と水の生成が起こります。しかし、水素は室温では酸素と反応しないため、混合物に点火するにはエネルギー源が必要です。
水素と酸素の混合物
水素ガスと酸素ガスは、化学反応なしに室温で混合します。これは、分子の速度が反応物質間の衝突中に反応を活性化するのに十分な運動エネルギーを提供しないためです。ガス混合物が形成され、十分なエネルギーが混合物に導入されると激しく反応する可能性があります。
活性化エネルギー
混合物にスパークを導入すると、一部の水素分子と酸素分子の間に高温が生じます。高温の分子はより速く移動し、より多くのエネルギーと衝突します。衝突エネルギーが、反応物間の結合を「壊す」のに十分な最小活性化エネルギーに達すると、反応が起こります。水素は活性化エネルギーが低いため、酸素との反応を開始するために必要な火花はごくわずかです。
発熱反応
すべての燃料と同様に、反応物質、この場合は水素と酸素は、反応の生成物よりも高いエネルギーレベルにあります。これは、反応からのエネルギーの共同解放をもたらし、これは発熱反応として知られています。一定量の水素分子と酸素分子が反応した後、放出されたエネルギーにより周囲の分子も反応し、より多くのエネルギーを放出します。その結果、素早く爆発的な反応が起こり、熱、光、音の形でエネルギーが素早く放出されます。
電子的行動
サブ分子レベルで、試薬と製品の間のエネルギーレベルが異なる理由は、電子構成にあります。水素原子には、それぞれ1つの電子があります。それらは結合して2つの原子の分子になり、2つの電子（それぞれから1つ）を分割できます。これは、最も内側の電子レベルが2つの電子によって占有されている場合、より低い（したがってより安定した）エネルギー状態にあるためです。酸素原子には、それぞれ8つの電子があります。それらは結合して4つの電子を共有する2原子分子になり、そのため、それらの最も外側の電子層はそれぞれ8つの電子によって完全に占有されます。ただし、2つの水素原子が酸素原子と電子を共有すると、はるかに安定した電子配列が発生します。電子を軌道から取り出すために必要なエネルギーはごくわずかであり、エネルギー的に最も安定した状態で再配列し、新しい分子H2Oを形成します。
製品
新しい分子を作成するための水素と酸素の間の電子的再配列に続いて、反応の生成物は水と熱です。熱を利用して、水加熱タービンの駆動などの作業を行うことができます。連鎖反応の発熱性により、生成物は迅速に生成されます。すべての化学反応と同様に、このプロセスは簡単に元に戻すことはできません。