Sie können sich Wasser als die Asche beim Verbrennen von Wasserstoff vorstellen: Es wird bereits so viel Energie wie möglich durch die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff abgegeben.

Sie können dies jedoch immer noch verbrenne es. Sie brauchen nur ein noch stärkeres Oxidationsmittel als Sauerstoff. Es gibt nicht viele von ihnen, aber Fluor wird funktionieren,

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

ebenso wie Chlortrifluorid:

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

Dies ist die Reaktion, die auftritt, wenn Wasserstoff verbrennt:

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

In ähnlicher Weise ist dies die Verbrennungsreaktion für Methan , ein repräsentativer Kraftstoff:

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

Wasser ist in beiden ein Produkt Reaktionen. Wasser stellt also etwas dar, das bereits durch Sauerstoff oxidiert wurde, und als solches kann kaum ein weiterer energetischer Gewinn erzielt werden, wenn versucht wird, es erneut mit Sauerstoff zu reagieren

$ \ ce {H2O2} $ existiert und könnte das sein, was Sie erwarten, wenn Sie Wasser verbrennen (da das Verbrennen wirklich oxidiert oder Sauerstoff hinzufügt).

Allerdings in Stöchiometrische Proportionen, hier ist, was passieren würde:

Entweder weiter mit Sauerstoff von außen verbrennen

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

oder Wasser zersetzen, um Sauerstoff zu erhalten, und Wasserstoff abweisen:

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

Um festzustellen, ob dies funktionieren kann, Wir können einfach das Energieergebnis berechnen:

• $ \ ce {HH} $ Bindungsenergie beträgt $ 432 $,
• $ \ ce {HO} $ beträgt $ 459 $,
• $ \ ce {OO} $ ist $ 142 $,
• $ \ ce {O = O} $ ist $ 494 $

(alles in $ \ mathrm {kJ / mol} $)

Außerdem ist $ \ ce {H2O} $ $ \ ce {HOH} $ und $ \ ce {H2O2} $ ist $ \ ce {HOOH} $

Für die erste Gleichung gilt:

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

Für die zweite Gleichung:

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

Wir sehen also, dass beide Reaktionen endotherm sind. Was also wahrscheinlicher ist, ist:

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

Zum Vergleich:

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

Hat die folgende Energie:

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

Dies ist eine exotherme Reaktion mit einer Energie von $ + 478 \ \ mathrm {kJ / mol} $

Dies wird intuitiv, sobald Sie akzeptieren, dass eine chemische Verbindung den Zustand mit der niedrigsten Energie, dem Grundzustand für eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck, haben möchte. Wenn Sie beispielsweise die Energie des Systems zweier Wasserstoffatome gegen die Trennung der Atome auftragen, sieht dies folgendermaßen aus:

Wenn Sie also zwei zusammenführen Wasserstoffatome bilden ein Molekül und setzen eine Energiemenge frei $ D_e $ span>. Das H $ _ 2 $ span> -Molekül ist der Grundzustand für Wasserstoff. Bei Raumtemperatur und -druck würde man also nur Wasserstoffgas in Form von Molekülen erwarten. Es ist schwierig, einen analogen Graphen für Wasser zu zeichnen, da das Molekül mehr Freiheitsgrade hat (tatsächlich müssten Sie einen siebendimensionalen Graphen zeichnen), aber Sie würden H $ _ 2 finden $ span> O als Grundzustand eines Systems mit zwei Teilen Wasserstoff zu einem Teil Sauerstoff.

Zurück zur Frage: Warum löscht Wasser Feuer, anstatt es zu katalysieren? Es hängt wirklich davon ab, was Sie brennen. Nehmen wir an, es ist Holz, das hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht. Der Einfachheit halber verwenden wir jedoch nur Methan, das ähnlich ist:

CH $ _ 4 $ span> + O $ _ 2 $ span> $ \ rightarrow $ span> CO $ _ 2 $ span> + 2H $ _ 2 $ span> O + Energie

Die auf der rechten Seite des freigesetzte Energie Gleichung ist das "Brennen". Der Grundzustand der meisten Systeme mit Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff ist eine Kombination aus Kohlendioxidgas und Wasser. Diese Kombination hat die niedrigste Energie, und um etwas anderes zu erhalten, müssten Sie Energie in das System pumpen.

Wasser ist jedoch nicht der Grundzustand aller chemischen Systeme, z. B. Natrium, Wasserstoff und Sauerstoff. Dies kann man sehen, wenn man ein Video von Natrium googelt, das mit Wasser reagiert. In diesem Fall ist der Grundzustand des Systems Natriumhydroxid und Wasserstoffgas, daher "brennt" das Wasser in diesem Fall:

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

Weil der Wasserstoff in Wasser bereits oxidiert ist. Wenn Magnesium in Wasser verbrennt, wird das Magnesium oxidiert, weil das Magnesium den Sauerstoff aus den Wassermolekülen aufnimmt (daran bindet). Dies bewirkt die Freisetzung von Wasserstoffgas, das in Luft verbrennen würde / könnte (Luft ist etwa 1/5 Sauerstoff, 4/5 Stickstoff), um wieder Wasser zu bilden

Wenn verschiedene Chemikalien reagieren, bilden sie Produkte mit völlig anderen Eigenschaften als die darin enthaltenen.

In diesem Fall sind Wasserstoff und Sauerstoff beide sehr reaktiv, weshalb sie zusammen reagieren (oder ' verbrennen '), um Wasser zu bilden. Das gebildete Wasser ist viel weniger reaktiv und reagiert nicht leicht mit Sauerstoff und brennt daher nicht.

Da Wasser so nicht reaktiv ist, ist seine Wechselwirkung mit dem Feuer völlig physikalisch. Es nimmt sehr schnell viel Wärme auf und verhindert, dass Sauerstoff in den Kraftstoff gelangt. Zwischen diesen beiden Effekten ist es der einfachste Weg, ein Holzfeuer zu löschen.

Wasser ist bereits Wasserstoff verbrannt: $$ \ ce {H2 + 1 / 2O2 -> H2O} $$

Die Reaktion von oxidierendem Wasser wird immer stärker (zum Beispiel zu Peroxid) ungünstig und das Peroxid zersetzt sich als:

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

mit ΔH von –98,2 kJ / mol und ein ΔS von 70,5 J / (mol · K)