Wasserstoff

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Wasserstoff

Stichpunkte

Allgemein
	Wasserstoff ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol H (fÃ¼r hydrogenium = Wassererzeuger; von altgriechisch Ï…Î´Ï‰Ï? = Wasser und Î³ÎµÎ½Î½Î¬ÎµÎ¹ = erzeugen
	da es Bestandteil des Wassers ist) und der Ordnungszahl 1
	Man unterscheidet zwischen atomarem Wasserstoff (H) und der dimerisierten Form
	dem molekularen Wasserstoff (H2)
	5 mol H2) Dampfdruck 209 kPa bei 23 K (p-Wasserstoff) Schallgeschwindigkeit 1270 m/s bei 298
	Nur diesen findet man unter Normalbedingungen vor. Eigenschaften Wasserstoff - Helium  HLi     Vorlage:Periodensystem 1s1 1 1 H Periodensystem Allgemein Name
	5 mol H2) SchmelzwÃ¤rme 0
	00794 Atomradius (berechnet) 25 (53) pm Kovalenter Radius 37 pm van der Waals-Radius 120 pm Elektronenkonfiguration 1s1 Elektronen pro Energieniveau 1 OxidationszustÃ¤nde (Oxide) +1 Normalpotential 0 V (H+ + e- → H) ElektronegativitÃ¤t 2
	33 a Î²- 0
	H
	44936 kJ/(0
	s Massenanteil an der ErdhÃ¼lle 0
	985 % H ist stabil mit 0 Neutronen 2H 0
	Symbol
	88 % Atomar Atommasse 1
	1 (Pauling-Skala) Ionisierungsenergie 1312 kJ/(mol H) Physikalisch Aggregatzustand gasfÃ¶rmig Kristallstruktur hexagonal Farbe farblos Dichte (MohshÃ¤rte) 0
	0145 % H ist stabil mit 1 Neutron 3H 10-15 % 12
	1
	15 K Verschiedenes Spezifische WÃ¤rmekapazitÃ¤t 14304 J/(kg Â· K) Elektrische LeitfÃ¤higkeit - WÃ¤rmeleitfÃ¤higkeit 0
	019 3He 4H {syn.} k
	1815 W/(m Â· K) Energiedichte je m3 2
	05868 kJ/(0
	Block 1 (IA)
	268 K (-252
	1 Serie Nichtmetalle Gruppe
	0899 kg/m3 (-) Magnetismus - Schmelzpunkt 14
	025 K (-259
	Ordnungszahl Wasserstoff
	5 mol H2) bei 2 K VerdampfungswÃ¤rme 0
	882 Â°C) Molares Volumen 11
	42 Â· 10-6 m3/(0
	3 kWh/kg Isotope Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP 1H 99
	98 kWh/mÂ³ Energiedichte je kg 33
	125 Â°C) Siedepunkt 20
	Periode
	910 3H NMR-Eigenschaften 1H 2H 3H Kernspin 1/2 1 1/2 gamma / rad/T 2
	00965 1
	wurden SI-Einheiten verwendet.Wenn nicht anders vermerkt
	"Verbergen") 1 Isotope 2 Geschichte 3 Eigenschaften 4 Vorkommen 5 Verbindungen 6 Gewinnung und Darstellung von H2 7 Formen von H2 8 Verwendung von H2 9 VorsichtsmaÃŸnahmen beim Umgang mit H2 10 Speicherung von H2 11 Nachweis von H2 12 Literatur 13 Weblinks [Bearbeiten]
	21 Larmorfrequenz bei B = 4
	853 Â· 108 Empfindlichkeit 1 0
	106 Â· 107 2
	7 T 200 MHz 30
	A. n 2
	7 MHz 213 MHz Soweit mÃ¶glich und gebrÃ¤uchlich
	gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen. Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
	675 Â· 108 4
Isotope
	2H
	3H) Neutronen
	Protium (1H)
	hat keine Neutronen; die beiden anderen haben ein (Deuterium
	Das hÃ¤ufigste Wasserstoff-Isotop
	D) beziehungsweise zwei (Tritium
	Protium und Deuterium sind stabil
	Deuterium macht 0
	0184-0
	0082 % aller Wasserstoffatome aus (nach IUPAC)
	Tritium ist radioaktiv
	Wasserstoff ist das einzige Element
	dessen Isotope eigene Namen haben
	Das Wasserstoffatom 1H wird aufgrund seines einfachen Aufbaus als "Modellatom" in der quantenmechanischen Beschreibung aller Atome verwendet
	Es ist das einzige Atom
	das heiÃŸt ohne den Einsatz numerischer Verfahren
	lÃ¶sen lÃ¤sst
	fÃ¼r das sich das Eigenwertproblem sowohl der nichtrelativistischen SchrÃ¶dingergleichung als auch der relativistischen Diracgleichung geschlossen
	Dieses ist sonst nur fÃ¼r Ionen mÃ¶glich
	...)
	denen lediglich ein Elektron verblieben ist (beispielsweise <math>mathrm{He}^{+}<math>
	<math>mathrm{Li}^{2+}<math>
	ist trotzdem noch durchzufÃ¼hren. [Bearbeiten]
	Eine sehr kleine
	die Lambverschiebung
	aber physikalisch besonders interessante Korrektur durch Vakuumfluktuationen
Geschichte
	Entdeckt wurde Wasserstoff vom englischen Chemiker Henry Cavendish im Jahre 1766
	Benannt wurde er von Antoine Lavoisier im Jahr 1787
	In diesem Jahr taufte der Franzose den Wasserstoff als hydro-gÃ¨ne (hydor = Wasser
	griechisch; genes = erzeugend)
	Das Wort bedeutet demnach: Wasser-Bildner. [Bearbeiten]
Eigenschaften
	Bild nicht gefunden Lewisformel fÃ¼r den Wasserstoff Wasserstoff ist mit nur einem Proton und einem Elektron das leichteste der chemischen Elemente
	Unter Normalbedingungen liegt er nicht in atomarem
	sondern nach Zusammenschluss zweier H-Atome in molekularem Zustand als H2 vor
	besteht nur fÃ¼r etwa 0
	5 Sekunden
	Der â€žstatus nascendiâ€œ des atomaren Wasserstoffs
	etwa unmittelbar nach einer Wasserstoff darstellenden Reaktion
	kJ}<math> Molekularer Wasserstoff H2 ist bei normaler Temperatur ein geruchloses und farbloses Gas
	etwa 14-mal leichter als Luft
	Beim Zusammenschluss zu WasserstoffmolekÃ¼len wird sehr viel Energie freigesetzt: <math>mathrm{2H rightarrow H_2 + 436{
	}6
	Sein DiffusionsvermÃ¶gen (aufgrund seiner geringen MolekÃ¼lmasse) und seine WÃ¤rmeleitfÃ¤higkeit sind die hÃ¶chsten aller Gase und fÃ¼hren zu einer Reihe von technischen Problemen beim Umgang mit Wasserstoff. [Bearbeiten]
Vorkommen
	Wasserstoff ist das hÃ¤ufigste chemische Element im Weltall
	Wasserstoff macht 75 % der gesamten Masse beziehungsweise 90 % aller Atome im Universum aus
	Sterne bestehen hauptsÃ¤chlich aus Wasserstoff-Plasma
	Die Kernfusion von Wasserstoff 1H Ã¼ber die Zwischenstufen Deuterium 2H und Tritium 3H zu Helium 4He in Sternen bildet deren Energiequelle
	Diese Reaktion wird vom Menschen in der Wasserstoffbombe und in experimentellen Fusionsreaktoren genutzt
	Auf der Erde sind von keinem anderen Element so viele Verbindungen bekannt
	aber auch in allen Lebewesen
	Hier kommt es meist gebunden in Form von Wasser vor
	in ErdÃ¶l
	Erdgas und in Mineralen
	In der AtmosphÃ¤re der Erde liegt Wasserstoff jedoch nur in Konzentrationen unter 1 ml/mÂ³ vor; der Ã¼berwiegende Teil des Wasserstoffs auf der Erde ist in Wasser (an Sauerstoff gebunden) vorhanden
	beispielsweise Methan (CH4). [Bearbeiten]
	Andere natÃ¼rliche Vorkommen sind Kohle und natÃ¼rliche Gase
Verbindungen
	Wasserstoff geht mit den meisten chemischen Elementen Verbindungen ein
	indem es entweder ein Elektron abgibt oder eins aufnimmt
	2 kann Wasserstoff Verbindungen sowohl als metallischer als auch als nichtmetallischer Partner eingehen
	Durch seine ElektronegativitÃ¤t von 2
	so dass Verbindungen
	da sonst ein blankes Proton verbleiben wÃ¼rde
	bei denen Wasserstoff der weniger elektronegative Partner ist
	einen hohen kovalenten Anteil haben
	Allerdings wird das Elektron zumeist nicht vollstÃ¤ndig abgegeben
	Als Beispiele seien HF (Hydrogenfluorid) oder HCl (Hydrogenchlorid) genannt
	SÃ¤uren spalten in Wasser Protonen = H+-Ionen ab
	Isolierte H+-Ionen in wÃ¤ssriger LÃ¶sung verbinden sich sofort mit WassermolekÃ¼len zu H3O+-Ionen (SÃ¤ure)
	In Verbindung mit Metallen kann Wasserstoff aber auch jeweils ein Elektron aufnehmen
	die mit Metallkationen Salze bilden
	so dass negativ geladene Wasserstoffionen entstehen
	Diese Verbindungen werden Hydride genannt
	sind aber in der Mehrzahl nicht explosiv
	Metallhydride reagieren sehr heftig mit Wasser unter Freisetzung von molekularem Wasserstoff H2 und kÃ¶nnen sich an der Luft selbst entzÃ¼nden
	kJ}<math> Bei dieser Knallgasreaktion wird Energie frei
	Molekularer Wasserstoff H2 reagiert mit molekularem Sauerstoff O2 exotherm zu Wasser (H2O) und zwar zwei Mole H2 mit 1 Mol O2: <math>mathrm{2H_2 + O_2 rightarrow 2H_2O + 572{
	}4
	so erhÃ¤lt man schweres Wasser (D2O)
	Wird Protium (H) durch das doppelt so schwere Wasserstoff-Isotop Deuterium(D) mit einem Proton und einem Neutron im Atomkern ersetzt
	deren Studium sich die organische Chemie verschrieben hat
	Wasserstoff bildet auch Verbindungen mit Kohlenstoff zu organischen Verbindungen (Kohlenwasserstoffen)
	die Wasserstoff enthalten
	Minerale
	sind Hydrate oder Hydroxide
	Andere Wasserstoffverbindungen: Wasserstoffoxid (Wasser) Wasserstoffperoxid Dihydrogentrioxid Ammoniak Hydride Peptide Proteine Zucker Schwefelwasserstoff SÃ¤uren [Bearbeiten]
Gewinnung und Darstellung von H₂
	Reaktion verdÃ¼nnter SÃ¤uren mit unedlen Metallen (z. B
	durch Elektrolyse von Wasser
	Natronlauge oder wÃ¤ssrigen Natriumchlorid-LÃ¶sungen (Chlor-Alkali-Elektrolyse)
	durch Zersetzung des Wassers durch Alkalimetalle und durch chemische Reaktion (Reformierung) von Erdgas und anderen Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf (Steam-Reforming)
	Zink)
	Wasserstoffspeicherung
	Elektrolyseur [Bearbeiten]
	Siehe auch: Wasserstoffherstellung
Formen von H₂
	die sich durch die "Richtung" ihrer Kernspins unterscheiden
	Unter normalen Bedingungen ist Wasserstoffgas H2 ein Gemisch zweier MolekÃ¼larten
	Diese beiden Formen sind als ortho- (kurz o-) und para- (kurz p-) Wasserstoff bekannt
	Unter Standardbedingungen liegen 25 % des Wasserstoffs als p-Form und 75 % als o-Form vor
	wobei die ortho-Form nicht gereinigt werden kann
	08 kJ}<math> Sie weisen leicht unterschiedliche physikalische Eigenschaften auf
	Die beiden MolekÃ¼larten unterscheiden sich in ihrer Energie und hÃ¤ngen Ã¼ber folgende Gleichgewichtsbeziehung miteinander zusammen: <math>mathrm{o-H_2 overrightarrow{leftarrow} p-H_2 + 0
	So liegen beispielsweise der Schmelz- und Siedepunkt der para-Form etwa 0
	1 K unter denen der ortho-Form
	2Â°C ab
	KÃ¼hlt man Wasserstoff auf -259
	dann geht dieser in einen schlammartigen Zustand - Slush - Ã¼ber. [Bearbeiten]
Verwendung von H₂
	Neben seiner Verwendung als Energiespeicher beziehungsweise Energielieferant (SchweiÃŸen
	sowie zur Kohlehydrierung und FetthÃ¤rtung eingesetzt
	Raketentreibstoff) wird molekularer Wasserstoff H2 als Reduktionsmittel von Metalloxiden und Stickstoff (Haber-Bosch-Synthese)
	Weitere Anwendungen sind: als Cryogen: Anwendungen beispielsweise bei der Supraleitung Brennstoffzelle [Bearbeiten]
VorsichtsmaÃŸnahmen beim Umgang mit H₂
	Molekularer Wasserstoff ist ein leicht brennbares Gas
	Beim Mischen mit Luft zu einem Volumengehalt von 4 % bis 76 % Wasserstoff entsteht Knallgas
	das bereits durch einen wenig energiereichen Funken zur Explosion gebracht werden kann
	Es reagiert auch heftig mit Chlor und Fluor
	D2O
	auch schweres Wasser genannt
	ist giftig fÃ¼r viele Lebewesen
	Allerdings ist die fÃ¼r Menschen gefÃ¤hrliche Menge recht groÃŸ
	so kommt es wegen der geringen MolekÃ¼lgrÃ¶ÃŸe zu Diffusion
	das heiÃŸt Gas tritt langsam aus
	Wird molekularer Wasserstoff in einfachen Metalltanks gelagert
	wenn diese lange an einem abgeschlossenen Platz (Garage
	Tiefgarage) stehen
	Dies ist insbesondere fÃ¼r mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge problematisch
	Zudem rechnet man beim Betanken mit relativ hohen Verlusten von einigen Prozent der Gesamtmenge
	FlÃ¼ssiger Wasserstoff in Metalltanks neigt bei BeschÃ¤digungen oder Lecks zur SelbstentzÃ¼ndung. [Bearbeiten]
Speicherung von H₂
	Ehemalige Bedenken
	sind lÃ¤ngst ausgerÃ¤umt
	weil die Speicherung noch nicht zufriedenstellend geklÃ¤rt sei
	Wasserstoff eigne sich nicht als Kraftstoff fÃ¼r Fahrzeuge
	In den letzten Jahren hat sich speziell in diesem Bereich sehr viel getan
	Es gibt mittlerweile neue Techniken zum Aufbau von Wasserstoff-Tanks
	die auch stÃ¤rksten Belastungen standhalten
	Es gibt Materialien
	denen zum Teil hervorragende Aussichtschancen zugesprochen wurden
	Im Laufe der Entwicklung von Speichermedien fÃ¼r Wasserstoff gab es eine Vielzahl von Methoden
	andere Projekte wurden eingestellt
	Teilweise wird an einigen Verfahren immer noch geforscht
	die Speicherung von flÃ¼ssigem Wasserstoff in vakuumisolierten BehÃ¤ltern
	dass durch diese Weiterentwicklung bereits totgesagte Verfahren wieder hervorgeholt werden. Zur Zeit gibt es jedoch nur maximal drei wirklich aussichtsreiche Speichermethoden: die Speicherung von gasfÃ¶rmigem Wasserstoff in DruckbehÃ¤ltern
	Es ist vor diesem Hintergrund durchaus mÃ¶glich
	die Einlagerung von Wasserstoff in Metallhydriden. [Bearbeiten]
Nachweis von H₂
	Molekularer Wasserstoff lÃ¤sst sich durch die Knallgasprobe nachweisen
	Dabei entzÃ¼ndet man eine kleine Menge Wasserstoff in einem Reagenzglas
	Wenn danach ein dumpfer Knall (eigentlich mehr ein Bellen) zu hÃ¶ren ist
	so ist der Nachweis positiv (das heiÃŸt es war Wasserstoff in dem Reagenzglas)
	wenn man ihn gleich nach dem Austreten laufend entzÃ¼ndet
	mit einer blauen Flamme (Pfeifgas) Siehe auch: Periodensystem
	SchrÃ¶dinger-Gleichung
	Brennstoffzelle
	WasserstoffbrÃ¼cke
	Metallischer Wasserstoff [Bearbeiten]
	Der Knall kommt durch die Reaktion von Wasserstoffgas mit dem Luftsauerstoff zustande: <math>mathrm{2H_2 + O_2 rightarrow 2H_2O}<math> (exotherme Reaktion) Nach der gleichen Gleichung pfeift Wasserstoff
	Antiwasserstoff
	Elektrolyse
Literatur
	dtv-Atlas zur Chemie 1
	ISBN 3-423-03217-0 [Bearbeiten]
	Allgemeine und anorganische Chemie
Weblinks
	http://www.webelements.com/webelements/elements/text/H/index.html - WebElements.com: Wasserstoff http://www.HydrogenLab.de - 3D Visualisierungen des Wasserstoffatoms http://www.hydox.de/wasserstoff.htm http://www.dwv-info.de/publikationen/2004/pm_04st.pdf (PDF) - Ãœber die Rolle des Wasserstoffs in existierenden und zukÃ¼nftigen Energiesystemen Vorlage:Wort af:Waterstof ar:Ù‡ÙŠØ¯Ø±ÙˆØ¬ÙŠÙ† ca:Hidrogen cs:VodÃk cy:Hydrogen da:Brint en:Hydrogen eo:Hidrogeno es:HidrÃ³geno et:Vesinik eu:Hidrogeno fa:Ù‡ÛŒØ¯Ø±ÙˆÚ˜Ù† fi:Vety fr:HydrogÃ¨ne he:×ž×™×ž×Ÿ hr:Vodik hu:HidrogÃ©n ia:Hydrogeno io:Hidrogeno it:Idrogeno ja:æ°´ç´ la:Hydrogenium lt:Vandenilis ms:Hidrogen nds:Waterstoff nl:Waterstof no:Hydrogen pl:WodÃ³r pt:HidrogÃ©nio ro:Hidrogen ru:Ð’Ð¾Ð´Ð¾Ñ€Ð¾Ð´ simple:Hydrogen sl:Vodik sv:VÃ¤te th:à¹„à¸®à¹‚à¸”à¸£à¹€à¸ˆà¸™ uk:Ð’Ð¾Ð´ÐµÐ½ÑŒ zh:æ°¢

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Verwendung von H2

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