Wasserstoff

Eigenschaften des Elements

Einordnung in das Periodensystem
der Elemente und Eigenschaften
Atombau
Ordnungszahl: 11 Proton
1 Elektron
1. Periode1 besetzte Elektronenschale
I. Hauptgruppe (gehört aber nicht zu den Alkalimetallen)1 Außenelektron
Elektronenkonfiguration im Grundzustand1s1
Elektronegativität2,1
Ionisierungsenergie in eV13,598
häufigste Oxidationszahlen+1; -1
Atommasse des Elements in u

1,007 94

Atomradius in 10- 1 0m0,373
Ionenradius in 10- 1 0m2,08 (-1)
Aggregatzustand im Normalzustandgasförmig

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in Bild bei 25 °C0,089
Härte nach Mohs und nach Brinell 
Schallgeschwindigkeit in Bild1284
Schmelztemperatur in °C-259,1
spezifische Schmelzwärme in Bild119
Siedetemperatur in °C-252,5
Standardentropie S0 in Bild131
spezifische Verdampfungswärme in Bild896,82
Wärmeleitfähigkeit in Bild (bei 27 °C)0,1815
spezifische Wärmekapazität in Bild14,05
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3 Bild 
spez. elektrischer Widerstand in Bild 
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre,
Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)
0,88

Bild
Modell einer Brennstoffzelle: Die bei der Oxidation von Wasserstoff frei werdende Energie wird direkt in Elektroenergie umgewandelt.

Schalenmodell

Bild

Periode: 1 (K)
Hauptgruppe: I
Außenelektronen: 1

Isotope des Elements

Ordnungszahl ZMassen zahl AAtommasse in uHäufigkeit
in %
Art der Strahlung
und Energie in MeV
Halbwertszeit
111,007 82599,985  
 22,014 1020,015  
 33,016 050 β Bild: 0,0212,3 a

Energieniveauschema

Bild

Weitere Eigenschaften

Wasserstoff ist das leichteste Element (0,084 g/l bei 1 013 hPa). Es handelt sich bei Normaltemperatur um ein farbloses und geschmackloses Gas, das in Wasser nur wenig löslich ist. Bei -253 °C wird es flüssig und bei -259 °C fest. Wasserstoff ist bei Normaltemperatur relativ reaktionsträge. Reiner Wasserstoff verbrennt an der Luft (Reaktion mit Luftsauerstoff) mit schwach blauer Flamme zu Wasser. Mit Sauerstoff bildet Wasserstoff explosive Gemische (Knallgas), ebenso mit Chlor (Chlorknallgas). Wird thermische Energie zugeführt, reagiert Wasserstoff mit Alkali- und Erdalkalimetallen zu entsprechenden Verbindungen.

Entdeckung

Wasserstoff wurde 1766 von HENRY CAVENDISH, einem englischen Gelehrten, entdeckt, als dieser unedle Metalle mit Säuren reagieren ließ. Er bezeichnete das Element als «Phlogiston». 1783 gelang A. L. de LAVOISIER die Synthese der Gase Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. LAVOISIER benannte daraufhin den Wasserstoff nach zwei griechischen Bezeichnungen: hydro (Wasser) und gennao (ich erzeuge) als «hydrogene» - ich erzeuge Wasser. 1814 wurde das Elementsymbol «H» von BERZELIUS eingeführt.

Vorkommen/Herstellung

Wasserstoff ist das häufigste Element im Weltall (Sonne: mehr als 50 % der Masse; Milchstraße und restliches Universums: etwa 70-80 % der Masse) und eines der häufigsten Elemente auf der Erde. In elementarer Form kommt Wasserstoff jedoch nur in Spuren (in der Erdatmosphäre und in vulkanischen Gasen) vor. Chemisch gebunden ist es in solchen anorganischen Verbindungen wie Wasser, Säuren, Hydroxiden und Hydriden und in sehr vielen organischen Verbindungen (z. B. Eiweißen, Fetten, Kohlenhydraten, im Erdöl und Erdgas). Industriell wird Wasserstoff auf unterschiedlichem Weg gewonnen: a) aus Erdgas durch Dampfspaltung: gasförmige Kohlenwasserstoffe (z. B. Methan) reagieren mit Wasserdampf bei 800 °C; Einsatz von nickelhaltigen Katalysatoren; b) aus Kohle (Koks) durch Kohlevergasung: Wasserdampf reagiert mit glühendem Koks bei 1 200 °C; c) durch Elektrolyse (elektrolytische Wasserzersetzung): Wasser wird durch den Einfluss von Strom zersetzt. Im Labor stellt man Wasserstoff u. a. im kippschen Gasentwickler durch die Reaktion von Zink mit Salzsäure her.

Verwendung

Elementarer (molekularer) Wasserstoff dient als Ausgangsstoff zur Herstellung von Ammoniak, Salzsäure, Methanol, Anilin und vieler anderer Stoffe. Er wird als Schweißgas eingesetzt (autogenes Schweißen). In der Metallurgie benötigt man es als Reduktionsmittel zur Gewinnung von Metallen. Wasserstoff wird als Treibstoff eingesetzt und gewinnt zunehmend Bedeutung bei der Energiegewinnung. In Brennstoffzellen wird Wasserstoff als Brennstoff benutzt. Früher wurde Wasserstoff auch als Füllmittel von Ballons eingesetzt. Bei der Lakehurst-Katastrophe kam es jedoch im Jahre 1937 in New York zur Explosion eines Zeppelins mit dem Namen Hindenburg. In diesem Luftschiff waren 200 000 m3 Wasserstoff enthalten. Durch einen Brand kam es zur Explosion des gesamten Luftschiffs. 35 Menschen kamen dabei ums Leben.

Wichtige Verbindungen

anorganische Verbindungen:
- Wasser: H2O (Gundlage aller Lebensprozesse: Lösungs- und Transportmittel,   Stoffwechselmedium, Baustoff, Nahrungsmittel, Quellungsmittel)
- Säuren, z. B. Schwefelsäure: H2SO4
- Hydroxide, z. B. Natriumhydroxid: NaOH
- Salze, z. B. Ammoniumnitrat: NH4NO3
- Hydrate (Kristallwasser in Mineralien), z. B. Calciumsulfat: CaSO4 x 2 H2O (Gips)
- Hydride, z. B. Kaliumhydrid: KH

organische Verbindungen:
- Kohlenhydrate, z. B. Glucose (Traubenzucker): C6H1 2O6
- Fette: Verbindungen (Ester) aus Glycerol (Glycerin) und Fettsäuren
- Eiweiße: Verbindungen aus Aminosäuren
- Erdöl, Erdgas

Bau

Wasserstoff besteht aus zweiatomigen Molekülen.

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