Wasserstoff      H₂ 

lat. hydrogenium "Wassererzeuger"

 Ordnungszahl:

 Aufbau des Atoms:

 Schmelzpunkt:

 Siedepunkt:

 Dichte:

 Elektronegativität:

 Atomradius:

 Isotope:

 1,00794 u

 1

 1 Proton - 1 Elektron

 -259 Grad Celsius

 -252 Grad Celsius

 0,08988 g/l

 2,20

 37,5 pm

 ¹H, ²H, ³H. (Protium, Deuterium, Tritium)

Eigenschaften:

Wasserstoff ist ein farb- und geruchsloses Gas. Es ist 14,4 Mal leichter als die uns umgebene Luft. Wasserstoff besitzt die kleinste Atommasse. Daher ist Wasserstoff auch im Periodensystem der Elemente an erster Stelle. Mit der Luft bildet er hochexplosive Knallgasgemische. Eine Heftige Reaktion findet auch mit Halogenen wie z.B. Chlor statt. Dabei verbindet sich Chlor in einer stark exothermen Reaktion mit Wasserstoff zu Chlorwasserstoff, das in Wasser gelöst Salzsäure ergibt.

Bild: Knallgasprobe

Wasserstoff lässt sich mit der Knallgasprobe nachweisen. Entweder die Probe auf Knallgas verläuft positiv (also handelt es sich um explosives Knallgas) oder sie verläuft negativ. (dann handelt es sich nicht um Knallgas, sondern um reinen Wasserstoff)

2 H₂ + O₂  → 2 H₂O

Bild: Knallgasexplosion

Das Reaktionsprodukt der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff ist Wasser (H₂O). Meist entstehen auch kleine Mengen an Wasserstoffperoxid. Das lässt sich aber nicht verhindern weil beide Edukte direkt vorliegen. Ist ein Reagenzglas mit Knallgas gefüllt und wird an die Flamme gehalten, so kommt das laute Knallen (oder Bellen) nicht etwa vom Wasserstoff, sondern vom Vakuum, das im Reagenzglas entstanden ist. Die Mengen des so synthesierten Wassers sind sehr gering. So erhält man z.B. aus 2 Litern Knallgas nur ein bis zwei Tropfen Wasser.

H₂ + O₂  → H₂O₂

Wasserstoff ist ein Reduktionsmittel, das Metalloxide reduzieren kann. So kann z.B. Eisen(III)-oxid durch Erhitzen und drüberleiten von Wasserstoff in elementares  Eisen reduziert werden. Diese Reduktion funktioniert aber auch bei vielen weiteren Metalloxiden.

Vorkommen:

Im Weltall sind Wasserstoffatome die meist vorkommenden überhaupt. Wasserstoff macht 75 % der gesamten Masse, beziehungsweise 93 % aller Atome des Sonnensystems aus. Die Elementhäufigkeit von Wasserstoff in der Erdhülle beträgt 0,88 %. Im natürlich vorkommenden Wasserstoff macht das Isotop Deuterium (schwerer Wasserstoff) mit nur 0,015 % einen geringen Anteil aus.

Bild: Die Ringe des Saturn bestehen zum größten Teil aus

Helium und Wasserstoff Bildquelle: NASA Weltraumforschung

Wasserstoff kommt in der Regel molekular (zweiatomig) vor. Normaler Wasserstoff besteht nur aus einem Proton und einem Neutron. Schwerer Wasserstoff (das Isotop Deuterium) besteht hingegen aus zusätzlich einem Neutron. Überschwerer Wasserstoff (Tritium) besteht aus zwei Neutronen.

Herstellung:

Im Labor wird Wasserstoff hauptsächlich durch die Reaktion von Säuren mit unedlen Metallen hergestellt.

Beispiel:      Zn               +  2 HCl         →  ZnCl₂                                                                 + H₂

                            Zink            + Salzsäure  → Zinkchlorid     + Wasserstoff

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser herzustellen.

Bild: Die Elektrolyse von Wasser dient zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff

2 H₂O → 2 H₂ + O₂

Eine Methode zur industriellen Gewinnung von molekularem Wasserstoff ist die Dampfreformierung. In dieser Methode werden unter hoher Temperatur und hohem Druck Kohlenwasserstoffe mit Wasser umgesetzt. Dabei entsteht das Synthesegas (ein Gemisch aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. Das Mengenverhältnis kann dann durch die  Wassergas - Shift - Reaktion eingestellt werden.

Die zweite gängige Methode in der Industrie ist die partielle Oxidation. Hierbei reagiert  Erdgas mit Sauerstoff unter Bildung von H₂ und CO.

Geschichte:

1766 wurde Wasserstoff von dem englischen Chemiker und Physiker Henry Cavendish entdeckt, als er mit Quecksilber und Säuren experimentierte. Bei Vereinigung der beiden Substanzen entstanden kleine Gasbläschen, die Henry Cavendish trotz längerer Untersuchung nicht als eines der bekannten Gase identifizieren konnte. Obwohl er fälschlicherweise annahm, dass der Wasserstoff ein Bestandteil des Quecksilbers sei (aufgrund von Elementeigenschaften nicht möglich), konnte er die Eigenschaften des Gasen schon sehr gut beschreiben.

Bilder: Henry Cavendish und Antoine Lavoisier

Eine genauere Analyse geschah durch Antoine Lavoisier. Im Jahre 1787 entdeckte der französische Chemiker das Gas unabhängig von Cavendish, als er in einem Experiment zeigen wollte das bei einer chemischen Reaktion keine Masse verloren geht oder erzeugt wird. Er untersuchte das entstandene Gas und führte die Knallgasprobe durch. Lavoisier nannte es zunächst "brennbare Luft". Als er in weiteren Experimenten zeigte, das man Wasser auch synthetisieren kann, nannte er das Gas hydrogène. Das Wort bedeutet demnach "Wasserbildner"

Verwendung:

Wasserstoff wurde früher als Füllgas für Luftschiffe verwendet. So wurden bis 1945 Luftschiffe mit Wasserstoff gefüllt. Nach der schweren Katastrophe der Hindenburg 1937 in Lakehurst wurde aber grundlegend diskutiert, und so wurde spätestens nach Kriegsende endgültig beschlossen Personalluftschiffe nie wieder mit Wasserstoff zu füllen. Heute dürfen nur noch unbemannte Luftschiffe mit dem brennbaren Gase befüllt werden.

Bild: Das Luftschiff Hindenburg geht in Flammen auf

- Wasserstoff ist ein wichtiger Ausgangsstoff für die Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren.

- flüssiger Wasserstoff sowie flüssiger Sauerstoff werden bei einem Space - Shutte als Treibstoff verwendet.

- Wasserstoff ist ein guter Energieträger. Er wird z.B. in Brennstoffzellen eingesetzt.

- Im Handel kommt Wasserstoff in roten Stahlflaschen. Es ist neben Acetylen das am häufigsten verwendete Schweißgas.

Bild: Eine mit Alkohol betriebene Brennstoffzelle

Bildquelle: NASA Weltraumforschung

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