Los gases de hidrógeno y oxígeno se pueden combinar para formar agua y mucho calor. Al igual que con muchas reacciones exotérmicas, el calor de este proceso puede proporcionar energía de activación a la reacción de más H2 con más O2 en un proceso descontrolado comúnmente conocido como explosión. Me gustaría una atmósfera rica en gases de hidrógeno y oxígeno, pero no quiero que explote. Bueno, no quiero que explote demasiado. Los sistemas meteorológicos que crean focos de alta presión que se encienden espontáneamente, o los rayos que provocan la explosión de focos de atmósfera suenan increíbles. Lo que debo evitar son las explosiones desbocadas que consumen planetas y arrasan espectacularmente la superficie del mundo de toda la vida. Una segunda consideración es que me gustaría que esta atmósfera fuera respirable por humanos.
¿Cuánto hidrógeno y oxígeno pueden coexistir en la atmósfera antes de que la combustión descontrolada apocalíptica se convierta en una posibilidad?
Mi explicación actual para este mundo es que un proceso biológico o geológico emite constantemente grandes cantidades de hidrógeno a la atmósfera, pero que pequeños incendios y explosiones constantes evitan que se acumule a niveles más peligrosos. Estoy tratando de determinar qué nivel es ese, dónde están ocurriendo explosiones pero no hay riesgo de eventos de nivel de extinción.
Esta es realmente una pregunta sobre estequiometría. Si el aire de su planeta (sin el Hidrógeno) es aproximadamente el mismo que el de la Tierra, entonces el Hidrógeno comenzará a quemarse (dada una fuente de ignición adecuada) al 4% de Hidrógeno por volumen. Si supera el 75%, entonces en realidad es el oxígeno del que no tendrá suficiente y no podrá volver a quemarse.
De lo que estamos hablando aquí se llama los límites explosivos inferior y superior para un gas dado, en este caso hidrógeno.
La concentración más explosiva es alrededor del 35% de hidrógeno, esto es cuando hay exactamente el doble de hidrógeno que de oxígeno, por lo que ninguna de sus concentraciones es limitante. La razón por la que no es del 42 % (el doble del 21 % de oxígeno en el aire) es porque el hidrógeno desplaza tanto al oxígeno como al nitrógeno.
Vale la pena señalar que a medida que se acerca a la concentración del 35%, la explosión progresará de lo que parece un fuego (llamas sibilantes) a una explosión mucho más potente, casi instantánea (como un estallido o una explosión).
El hidrógeno molecular gaseoso no se queda; escapa al espacio. Los lugares donde no lo hace son lugares con una gravedad sustancialmente mayor que la de la Tierra (por ejemplo, los gigantes gaseosos).
El hidrógeno que no escapa reaccionará, pero (en su mayor parte) de forma no explosiva, porque el hidrógeno y el oxígeno, dejados a su suerte, se asentarán como el aceite y el agua, con el hidrógeno en la atmósfera superior, ya sea escapando, o someterse a la excitación UV que descompone el hidrógeno en hidrógeno atómico, que reaccionará con casi cualquier cosa para formar hidruros o sales.
Si tuviera una distribución uniforme de, digamos, 20% de hidrógeno por volumen en todo el planeta, entonces sí, una sola chispa desencadenaría una reacción exotérmica catastrófica. Sería ruidoso. Pero no hay forma de que tal distribución pueda permanecer mezclada durante un período de tiempo sustancial, y necesitaría producir continuamente enormes cantidades de hidrógeno (suponiendo que su planeta sea similar a la Tierra).
Alejandro
AI Breveleri