Wasserstoff- und Sauerstoffgase können zu Wasser und viel Wärme kombiniert werden. Wie bei vielen exothermen Reaktionen kann die Wärme aus diesem Prozess Aktivierungsenergie für die Reaktion von mehr H2 mit mehr O2 in einem außer Kontrolle geratenen Prozess liefern, der allgemein als Explosion bezeichnet wird. Ich hätte gerne eine Atmosphäre, die reich an Wasserstoff- und Sauerstoffgasen ist, aber ich möchte nicht, dass sie explodiert. Nun, ich will nicht, dass es zu sehr explodiert. Wettersysteme, die Hochdruckzonen erzeugen, die sich spontan entzünden, oder Blitzeinschläge, die zu explodierenden Atmosphärentaschen führen, klingen fantastisch. Was ich vermeiden muss, sind planetenverzehrende Explosionen, die auf spektakuläre Weise die Oberfläche der Welt allen Lebens durchkämmen. Eine zweite Überlegung ist, dass ich möchte, dass diese Atmosphäre von Menschen geatmet werden kann.
Wie viel Wasserstoff und Sauerstoff können in der Atmosphäre koexistieren, bevor eine apokalyptische außer Kontrolle geratene Verbrennung möglich wird?
Meine derzeitige Erklärung für diese Welt ist, dass ein biologischer oder geologischer Prozess ständig große Mengen Wasserstoff in die Atmosphäre freisetzt, aber dass ständige kleine Brände und Explosionen ihn daran hindern, sich auf gefährlichere Niveaus anzusammeln. Ich versuche festzustellen, welches Level das ist, wo Explosionen stattfinden, aber es besteht keine Gefahr von Extinktionsereignissen.
Das ist wirklich eine Frage der Stöchiometrie. Wenn die Luft Ihres Planeten (ohne Wasserstoff) ungefähr der Erde entspricht, beginnt Wasserstoff (bei einer geeigneten Zündquelle) bei 4 Volumenprozent Wasserstoff zu brennen. Wenn du über 75 % kommst, dann ist es eigentlich der Sauerstoff, von dem du nicht genug hast und du kannst nicht mehr brennen.
Worüber wir hier sprechen, nennt man die unteren und oberen Explosionsgrenzen für ein bestimmtes Gas, in diesem Fall Wasserstoff.
Die explosivste Konzentration liegt bei etwa 35 % Wasserstoff, wenn genau doppelt so viel Wasserstoff wie Sauerstoff vorhanden ist, sodass keine ihrer Konzentrationen limitierend ist. Der Grund, warum es nicht 42 % (doppelt so viel wie 21 % Sauerstoff in der Luft) sind, liegt darin, dass der Wasserstoff sowohl den Sauerstoff als auch den Stickstoff verdrängt.
Es ist erwähnenswert, dass, wenn Sie sich der Konzentration von 35 % nähern, die Explosion von etwas, das nur wie ein Feuer aussieht (rauschende Flammen), zu einer viel stärkeren, fast augenblicklichen Explosion (wie ein Knall oder Knall) übergeht.
Gasförmiger molekularer Wasserstoff bleibt nicht hängen; es entweicht in den Weltraum. Die Orte, an denen dies nicht der Fall ist, sind Orte mit wesentlich mehr Schwerkraft als die Erde (z. B. Gasriesen).
Der nicht entweichende Wasserstoff reagiert, aber (größtenteils) nicht explosiv, denn Wasserstoff und Sauerstoff setzen sich, sich selbst überlassen, wie Öl und Wasser ab, wobei der Wasserstoff in der oberen Atmosphäre entweder entweicht, oder einer UV-Anregung unterzogen werden, die den Wasserstoff in atomaren Wasserstoff aufspaltet, der mit fast allem reagiert, um Hydride oder Salze zu bilden.
Wenn Sie eine gleichmäßige Verteilung von beispielsweise 20 Volumenprozent Wasserstoff über den Planeten hätten, dann würde ein einzelner Funke eine katastrophale exotherme Reaktion auslösen. Es wäre laut. Aber auf keinen Fall könnte eine solche Verteilung über einen längeren Zeitraum gemischt bleiben, und Sie müssten kontinuierlich enorme Mengen an Wasserstoff produzieren (vorausgesetzt, Ihr Planet ist erdähnlich).
Alexander
AI Breveleri