Wasserstoff
| Allgemeine
Eigenschaften |
| Name |
Wasserstoff, engl. "hydrogen" |
| Formelzeichen |
H |
| Ordnungszahl |
1 |
| Isotope (%) |
1H - 99,985
2H - 0,015
3H - Spuren |
| Alle Isotope künstlich |
nein |
- Wasserstoff ist ein
bei Zimmertemperatur farb- und geruchloses Gas.
- Es ist das Element
mit der geringsten Dichte überhaupt.
- Wasserstoff
diffundiert leicht durch poröse Trennwände, aber auch durch
Metalle wie Platin.
- An der Luft verbrennt
Wasserstoff mit schwach bläulicher Flamme zu Wasserdampf.
- Gemische mit Sauerstoff reagieren bei Zündung sehr heftig
(Knallgasprobe).
- In Wasser löst sich
Wasserstoff nur schlecht, einige Metalle wie z.B. Palladium können
jedoch bis zum 12000fachen ihres Volumens an Wasserstoff aufnehmen.
- Bei höherer
Temperatur reagiert Wasserstoff mit vielen Metallen unter Bildung
der entsprechenden Metallhydride.
|
| Chemische
Eigenschaften |
| Elektronegativität nach Pauling
(Oxidationsstufe) |
2,20 (I) |
| Elektronenkonfiguration |
1s1 |
| Oxidationszahlen |
+1, -1 |
| bevorzugt |
+1 |
| Physikalische
Eigenschaften |
| Mittlere Atommasse (u) |
1,00794 ± 7 |
| Dichte (g/dm3) |
0,008988 |
| Schmelztemperatur (°C) |
-259,14 |
| Siedetemperatur (°C) |
-252,76 |
| Härte (Mohs) |
k.A. |
| Atomradius (pm) |
37,5 |
| Ionenradius (pm bei Ladung bzw.
Oxidationszahl) |
154 (1-) |
| 1. Ionisierungsenergie (kj/mol bei 25°
C) |
1318 |
| Radioaktive
Eigenschaften |
| Alle Isotope radioaktiv |
nein |
| Langlebigstes Isotop |
|
| Halbwertszeit |
|
| Strahlungsart |
|
| Geschichtliches |
| 16. Jahrhundert |
- Erstmalige Herstellung von
Wasserstoff durch Paracelsus (Umsetzung von Eisen
mit Säuren)
|
| 1766 |
- Von Henry Cavendish als
Element erkannt.
|
| 1783 |
- Darstellung 45 g
"künstlichen Wassers" aus Wasserstoff und Sauerstoff durch den
französischen Chemiker Antoine Lavoisier.
- Lavoisier ist es auch, der
den französischen Namen hydrogène von griechisch hydor
("Wasser") und gennáo ("erzeugen") vorschlägt.
|
| 1932 |
- Entdeckung des Deuteriums
durch H. C. Urey, F. G. Brickwedde und G. M. Murphy
|
| 1934 |
- Entdeckung des Tritiums
durch M. L. E. Oliphant, P. Harteck und E. Rutherford.
|
| Vorkommen |
- Wasserstoff ist das im
Universum am häufigsten vorkommende Element.
- Die Elementhäufigkeit
von Wasserstoff in der Erdhülle beträgt 0,88 %, damit steht er an
neunter Stelle.
- Das Isotop Deuterium
(2H) macht im natürlichen Wasserstoff einen Anteil von
ca. 0,015 % aus.
- Wasserstoffatome
kommen in gebundener Form in zahlreichen Verbindungen vor, z.B. in
Wasser, aber auch in Eiweißen, Kohlenwasserstoffen (Erdöl),
Kohlenhydraten, Säuren, u.a..
- In der Regel kommt
Wasserstoff in seiner zweiatomigen Molekülform vor (H2).
- Es existieren drei
natürliche Isotope:
- 1H - "Protium"
- "normaler Wasserstoff", bestehend aus einem Proton
und einem Elektron.
- 2H -
"Deuterium" - "schwerer
Wasserstoff", aus zusätzlich einem Neutron
- 3H -
"Tritium" - "überschwerer
Wasserstoff", mit zwei Neutronen
|
| Verwendung |
- Wasserstoff ist wichtiger
Ausgangsstoff für zahlreiche chemische Synthesen (v.a. in der
Großtechnik).
- Wasserstoff wird technisch zur Darstellung, z.B. von Molybdän
und Wolfram, durch Reduktion aus deren Metalloxiden verwendet.
- Seine Anwendung als
Energieträger ist sehr vielseitig und wird in Zukunft wohl weiter
an Bedeutung gewinnen, so z.B. durch die Brennstoffzelle.
- Das Gas ist im Handel in
roten Stahlflaschen erhältlich und stellt neben Ethin (Acetylen) das
wichtigste Schweißgas dar.
|
| Herstellung |
- Laborverfahren
- Durch Elektrolyse von Wasser,
das durch Zugabe von z.B. Schwefelsäure elektrisch leitfähig
gemacht wurde
- Durch Reaktion von Salzsäure
mit granuliertem Zink
- Technische Verfahren
- Durch katalytische Dampfspaltung
von Methan
- Dabei wird Methan (CH4) an einem
Nickel-Katalysator bei einer Temperatur von ca. 900 °C mit
Wasserdampf umgesetzt.
- CH4 + H2O
----> CO + 3 H2
- Das entstehende Gasgemisch wird
als Synthesegas bezeichnet.
|
| Nachweis
|
Wasserstoff
-
Brennbarkeit des Wasserstoffs
- 2 H2 + O2 ----> 2 H2O
- Über die bläuliche Flamme stülpt man ein kaltes, trockenes Becherglas. An seiner Oberfläche schlagen sich kleine Wassertröpfchen nieder.
- Knallgasprobe
- In ein kleines Reagenzglas wird etwas Wasserstoff gefüllt. Wird das nun im Reagenzglas enthaltene Gasgemisch gezündet, reagiert es explosionsartig. (Ist zu viel, bzw. nur Wasserstoff im Reagenzglas,
brennt dieser mit blauer Flamme ruhig ab.)
-
Reduktionswirkung des molekularen
Wasserstoffs
- Fe2O3 + 3 H2 ----> 2 Fe + 3 H2O
- Wasserstoff vermag vielen Schwermetalloxiden bei höheren Temperaturen den Sauerstoff
zu entreißen und sie zum Metall zu reduzieren.
- Reduktionswirkung nascierenden
Wasserstoffs
- I2 + 2 H ----> 2
HI
- Nascierender Wasserstoff ist
reaktiv genug, um bereits bei Zimmertemperatur molekulares Iod
zu Iodwasserstoff zu reduzieren.
- Statt nascierendem Wasserstoff
kann auch molekularer Wasserstoff in Gegenwart eines
Katalysators, besonders Platin oder Palladium,
eingesetzt werden.
|
|
