Wasserstoff

    Aus WISSEN-digital.de

    (griechisch-lateinisch: hydrodgenium, "Wasserbildner")

    auch: Hydrogenium; hydrogen (englischer Name);

    chemisches Element der ersten Periode und der ersten Hauptgruppe des Periodensystems.

    Atomaufbau und Isotope

    Im Normalfall setzt sich Wasserstoff aus Atomen zusammen, in deren Kern sich lediglich ein einzelnes Proton befindet. Daneben gibt es weitere Isotope des Wasserstoffs. Deuterium weist im Kern zusätzlich ein Neutron auf. Seine relative Atommasse ist mit 2,014102 u nahezu doppelt so groß wie die von normalem Wasserstoff. Der Anteil von Deuterium am irdischen Wasserstoff beträgt nur 0,0156 Prozent. Daneben gibt es ein drittes Isotop, das zwei Neutronen besitzt und Tritium genannt wird. Tritium hat eine relative Atommasse von 3,016049 u. Es ist instabil und daher radioaktiv. Bei den Zerfallsprozessen werden Neutronen ausgeschleudert. Die Halbwertszeit beträgt 12,35 Jahre. Auf natürliche Weise entsteht Tritium auf der Erde nur in geringsten Mengen in der oberen Atmosphäre. Es wird überwiegend künstlich in Kernreaktoren oder atomaren Wiederaufbereitungsanlagen erzeugt. Auch bei der Explosion von Wasserstoffbomben wird es in großen Mengen freigesetzt.

    Eigenschaften

    Wasserstoff ist mit 0,084 g/L (bei 1013 hPa) das leichteste Element. Unter Normalbedingungen ist Wasserstoff ein zweiatomiges und gasförmiges Molekül. In der Gasphase ist es farb- und geruchlos und ohne Geschmack. Bei Raumtemperatur ist es sehr beständig und reaktionsträge. In Gemischen mit Luft, Sauerstoff und Chlorgas reagiert Wasserstoff explosionsartig (Knallgas- oder Chlorknallgasreaktion). Bei höheren Temperaturen reagiert es mit vielen Metallen und Nichtmetallen heftig, wobei die entsprechenden Hydride gebildet werden. In Wasser ist es nur sehr wenig löslich. Charakteristisch ist seine Fähigkeit, in Metalle einzudringen und mit ihnen nichtstöchiometrische Metallhydride zu bilden. Das Element ist für alle Organismen der Erde essenziell.

    Die wohl wichtigste und bekannteste Wasserstoffverbindung ist Wasser.

    Vorkommen

    Wasserstoff ist das häufigste Element im Weltall. Das uns bekannte Weltall setzt sich zu 92,71 Prozent aus Wasserstoff und zu 7,19 Prozent aus Helium zusammen. Der Anteil der übrigen Elemente wird auf nur 0,10 Prozent geschätzt. So bestehen die größten Planeten unseres Sonnensystems wie z.B. Jupiter und Saturn überwiegend aus Wasserstoff. Der Massenanteil von Wasserstoff auf der Erde liegt bei 0,12 Prozent. In der Erdkruste ist Wasserstoff mit 2,88 Prozent nach Sauerstoff (60,43 Prozent) und Silicium (20,48 Prozent) das dritthäufigste Element. Im menschlichen Körper beträgt der Anteil von Wasserstoff 60,56 Atomprozent.

    Verwendung

    Die Weltproduktion von Wasserstoff liegt bei ca. 350 Milliarden Tonnen pro Jahr. Wasserstoff wird für technische Hydrierungen und die verschiedensten chemischen Synthesen eingesetzt. So dient es zur Darstellung von Ammoniak nach dem Haber-Bosch-Verfahren, zur Methanolsynthese, zur Hydrierung von Kohle, Fetten und fetten Ölen sowie zum hydrierenden Kracken von Kohlenwasserstoffen. Es dient als Reduktionsmittel für bestimmte Erze und als Raketentreibstoff. Wasserstoff ist wichtiger Bestandteil von Stadtgas, und es wurde einige Zeit zum Befüllen von Luftschiffen verwendet. Wegen seiner niedrigen Schmelztemperatur wird flüssiger Wasserstoff als Kühlmittel bei Untersuchungen der Supraleitfähigkeit eingesetzt. Wasserstoffgas wird als Energieträger der Zukunft, der die fossilen Brennstoffe langfristig ablösen könnte, unter dem Schlagwort Wasserstoffwirtschaft diskutiert. Nach dem Konzept der solaren Wasserstoffwirtschaft könnten Solarzellen, die Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandeln, in besonders sonnenreichen Gegenden den Strom zur elektrolytischen Spaltung von Wasser bereitstellen. Das bei diesem Prozess gewonnene Wasserstoffgas ist transportierbar und könnte theoretisch in allen Verbrauchssektoren eingesetzt werden. Alle wichtigen Komponenten für ein derartiges Energiesystem befinden sich gegenwärtig zumindest im Versuchs- bzw. Demonstrationsstadium oder sind bereits ausreichend erprobt und einsatzfähig.

    Geschichte

    Wasserstoff wurde 1766 durch den englischen Privatgelehrten Henry Cavendish entdeckt.


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