Start > PSE > Wasserstoff Zurück

Steckbrief: Wasserstoff

Informationen zum Element:

Bezeichnung

1,0079
  H
1

Symbol: H

Internationale Bezeichung (IUPAC): Hydrogen

Ursprung: Wasserstoff ist das häufigste chemische Element des Universums, jedoch nicht in der Erdrinde. Es ist Bestandteil des Wassers und der meisten organischen Verbindungen; insbesondere kommt es in sämtlichen lebenden Organismen vor.

Bedeutung: hydrogenium = Wassererzeuger

Daten Periodensystem

Wasserstoff

Periode: 1

Gruppe: 1 (I A)

Gruppenname: Alkalimetalle

Oxidationszahl: 1 (-1)

Atommasse [u]: 1,0079

Elektronegativität

Elektronegativität (nach Allred): 2,2

Elektronegativität (nach Pauling): 2,20

Physikalische Daten

Wasserstoff

Aggregatzustand (20°C): gasförmig

Dichte [g/cm2]: 0,00008988

Radioativ: n

Schmelztemperatur [°C]: -258,95

Siedetemperatur [°C]: -252,87

Kristallstruktur: hexagonal

Verwendung im Alltag

Jedes Jahr werden weltweit mehr als 600 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff (rd. 30 Mio. t) für zahllose Anwendungen in Industrie und Technik produziert. Wichtige Einsatzgebiete sind:

  • Energieträger: Beim Schweißen, als Raketentreibstoff. Auch als Kraftstoff für Strahltriebwerke oder Verbrennungsmotoren kann Wasserstoff verwendet werden ? dieser Weg ist kurzfristig technologisch einfacher umzusetzen und besonders für Nutzfahrzeuge mit hohen Kilometerleistungen aufgrund der mangelnden Standfestigkeit der Brennstoffzellen die einzige Möglichkeit, siehe Wasserstoffantrieb.
  • Reduktionsmittel: H2 kann mit Metalloxiden reagieren und ihnen dabei den Sauerstoff entziehen. Es entsteht Wasser und das reduzierte Metall. Das Verfahren wird bei der Verhüttung von metallischen Erzen angewandt, insbesondere um Metalle möglichst rein zu gewinnen.
  • Dünger: Mit dem (Haber-Bosch-Verfahren) wird aus Stickstoff und Wasserstoff Ammoniak hergestellt und daraus wichtige Düngemittel und Sprengstoffe.
  • Kohlehydrierung: Durch verschiedene chemische Reaktionen wird Kohle mit H2 in flüssige Kohlenwasserstoffe überführt. So lassen sich Benzin, Diesel und Heizöl künstlich herstellen. Momentan hat das Verfahren wegen höherer Kosten kaum wirtschaftliche Bedeutung. Das könnte sich aber drastisch ändern, sobald die Ölvorräte der Erde zur Neige gehen.
  • Fetthärtung: Gehärtetes Fett wird oft aus Pflanzenöl mittels Hydrierung gewonnen, dabei können so genannte Transfettsäuren entstehen. Die Hauptreaktion ist aber, dass die Doppelbindungen in den Fettsäure-Ketten der Fettmoleküle mit Wasserstoff abgesättigt werden. Die entstandenen Moleküle haben einen höheren Schmelzpunkt, wodurch das Produkt fest wird. Auf diese Weise stellt man Margarine her.
  • Kühlmittel: Aufgrund seiner hohen Wärmekapazität benutzt man Wasserstoff in Kraftwerken und industriellen Anlagen als Kühlmittel. Insbesondere setzt man H2 dort ein, wo eine Flüssigkeitskühlung problematisch werden kann. Die Wärmekapazität kommt dort zum Tragen, wo das Gas nicht oder nur langsam zirkulieren kann. Weil die Wärmeleitfähigkeit ebenfalls hoch ist, verwendet man strömendes H2 auch zum Abtransport von thermischer Energie in große Reservoire (z. B. Flüsse). In diesen Anwendungen schützt Wasserstoff die Anlagen vor Überhitzung und erhöht die Effizienz.
  • Kryogen: Wegen der hohen Wärmekapazität eignet sich flüssiger Wasserstoff als Cryogen, also als Kühlmittel für extrem tiefe Temperaturen. Auch größere Wärmemengen können von flüssigem Wasserstoff gut absorbiert werden, bevor eine merkliche Erhöhung in seiner Temperatur auftritt. So wird die tiefe Temperatur auch bei äußeren Schwankungen aufrechterhalten.
  • Traggas: In Ballons und Luftschiffen fand Wasserstoff eine seiner ersten Verwendungen. Wegen der leichten Entzündlichkeit von H2-Luft-Gemischen führte dies jedoch wiederholt zu Unfällen. Die größte Katastrophe in diesem Zusammenhang ist wohl das Unglück der Dixmude 1923, am bekanntesten wurde sicherlich die Hindenburg-Katastrophe im Jahr 1937. Wasserstoff als Traggas wurde mittlerweile durch Helium ersetzt und erfüllt diesen Zweck nur noch in sehr speziellen Anwendungen.

Vorkommen und Häufigkeit

Vorkommen: Wasserstoff ist das häufigste chemische Element in der Sonne und den großen Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, die über 99,99 % der Masse des Sonnensystems in sich vereinen. Im gesamten Weltall wird (unter Nichtbeachtung dunkler Materie) ein noch höherer Anteil des Wasserstoff vermutet. Wasserstoff macht 75 % der gesamten Masse, beziehungsweise 93 % aller Atome im Sonnensystem aus. Auf der Erde ist der Massenanteil wesentlich geringer, auf das Gesamtgewicht bezogen etwa 0,12 %, auf die Erdkruste bezogen 2,9 %. Außerdem liegt ? im Gegensatz zu den Vorkommen im All ? der irdische Wasserstoff überwiegend gebunden und fast nie rein (d. h. als unvermischtes Gas) vor. Von keinem anderen Element sind so viele Verbindungen bekannt; die häufigste ist Wasser.

    Häufigkeit: 0,88 % (prozentualer Massenanteil der Erdhülle, d.h. der Erdkruste/Ozeane bis 16 km Tiefe)

    Geschichte

    Entdeckung: 1766

    Entdecker: Henry Cavendish

    Isotope

    • Protium: 1H (kein Neutron)
    • Deuterium: 2H (ein Neutronen)
    • Tritium: 3H (zwei Neutronen)

    Bilder (mit freundlicher Genehmigung von http://www.smart-elements.com):

    WasserstoffWasserstoffWasserstoff

    Schalenmodell nach Bohr

    Wasserstoff

     Wasserstoff 
    rechts
    Helium
     
    runter
    Lithium
    		 

    Quellen