Anorganische Chemie ist eine frei verfügbare Einführung in die anorganische Chemie. Details zum Buch finden Sie im Editorial....


Wasserstoff

Autor: H. Lohninger

Ordnungszahl 1
Symbol H
CAS-Nr. 1333-74-0
Atomgewicht (1) 1.00784...
1.00811 amu
Elektronenkonfiguration 1s1
Schmelzpunkt -259.34 °C
Siedepunkt -252.87 °C
Dichte [0°C] 0.0899 g/cm3
Quellen: Enghag 2004 , Wieser 2011
Geschichte
Wasserstoff wurde schon erzeugt bevor man erkannte, dass es sich hierbei um ein chemisches Element handelt. H. Cavendish charakterisierte 1976 die "brennbare Luft", ihm wird die Entdeckung des Wasserstoffs zugeschrieben. A.L. de Lavoisier schlug dann 1783 den Namen Hydrogen (= Wasserbildner) vor.
Vorkommen
Wasserstoff kommt frei in der Atmosphäre nur in sehr geringem Ausmaß vor (510-5 Vol-% in der unteren Atmosphäre), gehört aber mit zu den häufigsten Elementen auf der Erde (jedes sechste Atom in der Erdkruste ist ein Wasserstoffatom). Im Universum ist Wasserstoff vor Helium das bei weitem häufigste Element.

Der natürlich vorkommende Wasserstoff besteht zu 99.9855 % aus 1H und zu 0.00145% aus 2H (Deuterium, auch mit dem Symbol D bezeichnet). Das radioaktive Isotop 3H (Tritium, Symbol T) ist mit 10-15% zu vernachlässigen.

Eigenschaften
Wasserstoff ist ein farbloses Gas, das keinen Geruch aufweist und sich nicht in Wasser löst. Wasserstoff ist das leichteste aller Gase (14x leichter als Luft) und wurde deshalb zum Befüllen der Zeppelins verwendet, was aber im Fall der "Hindenburg" aufgrund der guten Brennbarkeit zur Katastrophe geriet. Da das Wasserstoffmolekül H2 sehr klein ist, diffundiert Wasserstoff durch viele Materialen, u.a. durch Metalle wie Eisen, Palladium oder Platin (hierbei handelt es sich aber nicht um physikalische Diffusion, sondern die Diffusion findet auf chemischem Weg durch Ausbildung von Metallhydriden statt). Wasserstoff hat die höchste spezifische Wärmekapazität aller Elemente.

Wasserstoff löst sich generell wenig in den üblichen Lösungsmitteln (Wasser, Alkohol, etc), wird aber von manchen Legierungen regelrecht "aufgesaugt". So nimmt die Lanthan-Nickel-Legierung LaNi5 bei Raumtemperatur und 8.5 bar soviel Wasserstoff auf, dass die Wasserstoffdichte in der Legierung doppelt so groß ist wie bei flüssigem Wasserstoff.

Das Wasserstoffmolekül H2 tritt in zwei Formen auf, die sich in der Ausrichtung des Kernspins der beiden Protonen unterscheiden. Liegen die Spins der beiden H-Atome parallel, so spricht man von ortho-Wasserstoff, sind die Spins entgegengesetzt ausgerichtet so spricht man von para-Wasserstoff. Bei Raumtemperatur enthält Wasserstoff ca. 25% para- und 75% ortho-Wasserstoff. Die beiden Formen weisen leicht unterschiedliche physikalische Parameter auf.

Wasserstoff ist sehr leicht brennbar, an der Luft verbrennt er mit bläulicher Flamme. Wasserstoff-Sauerstoff-Gemische sind bei Raumtemperatur stabil, bei erhöhter Temperatur verläuft die Reaktion zu Wasser aber explosionsartig (Knallgasexplosion):

2 H2 + O2 2 H2O

Herstellung
Die Herstellung von Wasserstoff erfolgt auf verschiedenen Wegen, wobei die Darstellung aus fossilen Rohstoffen etwa 90% des erzeugten Wasserstoffs ausmacht. Grundsätzlich werden folgende Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff angewendet:

Deuterium gewinnt man durch Isotopentrennung, Tritium wird in Kernreaktoren erzeugt.

Verwendung
Der größte Teil des weltweit erzeugten Wasserstoffs wird bei der Ammoniak-Synthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren benötigt und verbraucht. Weiters wird Wasserstoff zur Hydrierung von Fetten und Ölen (Fetthärtung), in der Methanolproduktion, als Raketentreibstoff, zur Reduktion von Metalloxiden, und vieles mehr verwendet.

Deuterium wird als Moderator in Kernreaktoren zur Abbremsung von Neutronen verwendet, Tritium wird hauptsächlich in Wasserstoffbomben eingesetzt.



(1) Die Isotopenzusammensetzung von Wasserstoff kann örtlich variieren. Die IUPAC gibt deshalb für das Atomgewicht natürlich vorkommenden Wasserstoffs ein Intervall an.



Last Update: 2013-08-08