Wasserstoff

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Wasserstoff
Atomsymbol H
Ordnungszahl 1
Relative Atommasse 1,0079
Aggregatzustand gasförmig
Elektronegativität 2,1
Schmelzpunkt -259,14 °C
Siedepunkt -252,5 °C

Wasserstoff (Atomsymbol H, zu lat. hydrogenium „Wassererzeuger“) ist das im Universum mit Abstand am häufigsten vorkommende sowie das leichteste chemische Element. Die Sonne besteht zu rund 75 Prozent aus Wasserstoff. Auf der Erde ist es – vor allem in gebundener Form – Bestandteil seines Oxids Wasser. Wasserstoff ist in den Kohlenwasserstoffen von Kohle, Erdöl und Erdgas sowie in fast allen organischen Verbindungen zu finden und zählt zu den neun häufigsten Elementen in der Erdhülle.

Eigenschaften

Beim Wasserstoff handelt es sich um ein farb- und geruchloses, ungiftiges Gas, das sich zu einer farblosen, sehr leicht beweglichen Flüssigkeit kondensieren läßt. Unterhalb -259,14 °C erstarrt diese Flüssigkeit dann zu farblosen Kristallen. Die Löslichkeit von Wasserstoff in Wasser ist gering (2 l in 100 l H2O bei 0 °C), in bestimmten Metallen, beispielsweise Palladium oder Platin ist sie jedoch außerordentlich groß, so daß diese Effekte zur Wasserstoffspeicherung in der Brennstoffzellentechnik Anwendung finden.

Wasserstoff ist das leichteste aller Gase und diffundiert leicht durch Metalle und durch Quarz. Insbesondere ist heißes Palladium-Blech gut durchlässig. Fester Wasserstoff bildet bei 2,8 mbar und 20 K eine metallische Modifikation. Die relative Atommasse ist 1,0079.

Es gibt zwei stabile Isotope: Protium (1H) mit einem Anteil von 99,985 % und Deuterium (2H oder D). Die Halbwertszeit des instabilen (3H) Wasserstoffs, auch Tritium (T) genannt, beträgt 12,346 a, die Elektronenkonfiguration ist (1s)1, die Oxidationszahlen sind + 1 und — 1. Bei 0 °C lösen sich 2,15 Vol.-% H2 in Wasser.

Sehr gut löslich ist H2 dagegen in Metallen, zum Beispiel nimmt Palladiumschwamm H2 bis zum 850fachen seines Volumens auf. Der Wasserstoff liegt dabei in atomarer Form vor. Die meisten Wasserstoffatome bestehen aus einem Proton und einem Elektron. Natürlich kommt Wasserstoff in reiner Form meist nur als zweiatomiges (Molekül) Gas vor. Isotope des Wasserstoffs sind Deuterium und Tritium.

Die Löslichkeit von Wasserstoff in Wasser ist gering (2 l in 100 l H2O bei 0 °C), in bestimmten Metallen, beispielsweise Palladium oder Platin ist sie jedoch außerordentlich groß, so daß diese Effekte zur Wasserstoffspeicherung in der Brennstoffzellentechnik Anwendung finden.

Entdeckung

Im Jahre 1766 entdeckte der englische Naturwissenschaftler Henry Cavendish Wasserstoff, als er unedle Metalle mit Säuren reagieren ließ. Er bezeichnete das Element als „Phlogiston“. Dem französischen Chemiker Antoine Laurent de Lavoisier gelang 1783 die Synthese der Gase Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser und er benannte daraufhin den Wasserstoff nach zwei altgriechischen Bezeichnungen: ὕδωρ hydōr („Wasser“) und γίγνομαι gignomai („werden, entstehen“) als „hydrogene“ („Wassererzeuger“). Der schwedische Chemiker Jöns Jakob Berzelius führte 1814 das Elementsymbol „H“ ein.

Vorkommen

Wasserstoff ist mit etwa 70-80 Prozent der Masse das häufigste Element im Universum und eines der häufigsten Elemente auf der Erde. In elementarer Form kommt es jedoch nur in Spuren (in der Erdatmosphäre und in vulkanischen Gasen) vor. Chemisch gebunden ist es in anorganischen Verbindungen wie Wasser, Säuren, Hydroxiden und Hydriden und in sehr vielen organischen Verbindungen (zum Beispiel Eiweißen, Fetten, Kohlenhydraten, im Erdöl und Erdgas).

Verwendung

Wasserstoff findet umfangreiche technische Verwendung, so unter anderem bei der Ammoniak-Synthese, zur Herstellung von Benzin und anderen Produkten der Petrochemie, zur Fetthärtung und anderen Hydrierreaktionen, als Reduktionsmittel zur Gewinnung von Metallen (zum Beispiel Wolfram), ferner zum autogenen Schweißen und Schneiden, als Brenngas in Mischung mit anderen Gasen und verflüssigt als Raketentreibstoff. Früher wurde Wasserstoff auch als Füllmittel von Zeppelinen eingesetzt.

Verweise