Wasserstoff

Äigeschafte
1s^1 1 H Periodesüsteem
Allgemäin
Name, Sümbol, Ordnigszaal	Wasserstoff, H, 1
Serie	Nitmetall
Gruppe, Periode, Block	1, 1, s
Usgsee	farbloses Gas (H2)
CAS-Nummere	1333-74-0
Massenaadäil an dr Ärdhülle	0,15 %[1]
Atomar [2]
Atommasse	1,008 (1,00784–1,00811)[3][4] u
Atomradius (berächnet)	25 (53) pm
Kowalänte Radius	31 pm
Van-der-Waals-Radius	120 pm
Elektronekonfigurazioon	1s^1
1. Ionisierigsenergii	1312 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand	gasförmig (H2)
Dichdi	0,0899 kg · m^−3[5] bi 273 K
Magnetismus	diamagnetisch (${\displaystyle \chi _{m}}$ = −2,2 · 10^−9)[6]
Schmelzpunkt	14,01 K (−259,14 °C)
Chochpunkt	21,15 K[7] (−252 °C)
Molars Volume	(fest) 11,42 · 10^−6 m^3/mol
Verdampfigswermi	0,90 kJ/mol[7]
Schmelzwermi	0,558 kJ/mol
Schallgschwindigkäit	1270 m/s bei 298,15 K
Spezifischi Wermkapazideet	14304 J/(kg · K)
Wermiläitfähigkäit	0,1805 W/(m · K)
Chemisch [2]
Oxidazionszueständ	+1, 0, −1
Oxid (Basizidäät)	H2O (amphoter)
Normalpotenzial	0 V
Elektronegatividäät	2,2 (Pauling-Skala)
Isotop
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP ^1H 99,9885(70) % Stabil ^2H (D) 0,0115(70) % Stabil ^3H (T) 10^−15 % 12,33 a β^− 0,019 ^3He
Witeri Isotop lueg Liste vo de Isotop
NMR-Äigeschafte
Spin γ in rad·T^−1·s^−1 Er(^1H) fL bei B = 4,7 T in MHz ^1H 1/2 26,752 · 10^7 1,00 200 ^2H 1 4,107 · 10^7 1,45 · 10 ^−6 30,7 ^3H 1/2 28,535 · 10^7 1,21 213,32
Sicherhäitshiiwiis
GHS-Gefaarstoffkennzäichnig aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [8] Gefahr H- und P-Sätze H: 220​‐​280 P: 210​‐​377​‐​381​‐​403 [5] EU-Gefahrstoffkennzeichnung [9] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [8] Hoch- entzündlig (F+) R- und S-Sätze R: 12 S: (2)​‐​9​‐​16​‐​33
Sowit wie mööglig und gebrüchlig, wärde SI-Äihäite verwändet. Wenn nüt anders gschriibe isch, denn gälte d Daate, wo aagee si, bi Standardbedingige.

Wasserstoff isch es chemisches Element mit em Symbol H (für latinisch hydrogenium „Wassererzüger“; vo autgriechisch ὕδωρ hydōr „Wasser“ u γίγνομαι gignomai „wärde, entstah“) u dr Ordnigszahl 1. Im Periodensystem steits ir 1. Periode u dr 1. Gruppe, isch auso uf em erste Platz.

Wasserstoff isch ds hüfigste chemische Element im Universum, aber nid i dr Ärdrinde. Er isch Bestandteil vom Wasser und vo fasch aune organische Verbindige, da dermit chunnt bungene Wasserstoff o i sämtliche läbenden Organismen vor.

Wasserstoff isch ds liechteste chemische Element, ds hüfigste Isotop besteit us nume eim Proton und eim Elektron u heisst Protium. Unger Bedingige, wo normalerwis uf der Ärde herrsche (lueg o Normalbedingige), chunnt dä atomar Wasserstoff nid vor, derfür ligt Wasserstoff i dr dimerisierte Form vor, äm molekulare Wasserstoff H₂, em ne farb- u gruchlose Gas. Trotzdäm chunnts vor, dass bi bestimmte chemische Reaktione Wasserstoff sehr churz atomar aus H uftritt u abreagiert.

Gschicht

Entdeckt het dr Wasserstoff dr änglisch Chemiker u Physiker Henry Cavendish im Jahr 1766. Wo n är mit Quecksilber u Süri het experimentiert. Wo är die beide Substanze zämebracht het, si im Gemisch chlini Gasbläterli entstande. Är het se bi re nächere Ungersuechig nid aus es bekannts Gas chönne bezeichne. Fäuschlecherwis het är agnoh, dass dr Wasserstoff ä Bestandteil vom Quecksilber sig (anstatt ä Bestandteil vor Süri), aber är het d Eigeschafte vo däm Gas guet chönne beschribe.

Antoine Laurent de Lavoisier. Het em Wasserstoff si Name gä

Ä genaueri Analyse het dr Antoine Lavoisier gmacht. Dr französisch Chemiker het das Gas im Jahr 1787 unabhängig vom Cavendish entdeckt, wo är im ne Experiment het wöue zeige, dass bi chemische Reaktione ke Masse verlore geit oder erzügt wird. Er het Wasser ire abgschlossene Apparatur erhitzt u het dr Dampf are angere Stell la kondensiere. Derbi het är festgsteut, dass d Masse vom kondensierte Wasser e chli chliner isch gsi aus die vor ursprüngliche Mängi. Derfür isch es Gas (H₂) entstande, wo e genauso grossi Masse het gha wi die "verloreni“ Wassermängi. Sis eigentleche Experiment isch also erfougrich gsi.

Dr Lavoisier het ds entstandene Gas witer ungersuecht und het d Knallgasprob(wi me se hüt nennt) gmacht, da derbi isch ds Gas verbrönnt. Drum het ärs zersch „brönnbari Luft“ gnennt. Wo n är i witere Experimänt het chönne zeige, dass us däm Gas o umgekehrt Wasser cha entstah, het är s hydro-gène (hydro = Wasser, griechisch; genes = erzügend) gnennt. Das Wort bedeutet auso: „Wasserbildner“. Die dütschi Bezeichnig het vermuetlech die glichi Worthärkunft.

Ds Vorcho

Wasserstoff isch ds hüfigste chemische Element i dr Sunne u i de große Gasplanete Jupiter, Saturn, Uranus u Neptun, wo über 99,99 % vor Masse vom Sunnesystem usmache. Im gsamte Weltall wird (we me dunkli Materie nid beachtet) e no höchere Ateil vo Wasserstoff vermuetet. Wasserstoff macht 75 % vor gsamte Masse, oder 93 % vo aune Atom im Sunnesystem us.

Ds Vorcho im Universum

Dr Saturn mit sine Ringe us Iis und Stoub. Dr Planet besteit zum grösste Teil us Wasserstoff u Helium.

Scho churz nach dr Entstehig vom Universum si Protone u Neutrone i riesiger Zahl vorhande gsi. Bi de vorherrschende hoche Temperature si si zu liechte Atomchärne verschmulze, wie D u ⁴He. Di meiste Protone si aber unveränderet blibe u si di zuekünftige ¹H-Chärne gsi. Nach circa 380.000 Jahr, wo d Strahligsdichti vom Universum chli gnue gsi isch, hei sech Wasserstoff-Atom eifach dür Zämeschluss vo de Chärne mit de Elektrone chönne biude, ohni grad wider dür nes Photon usenang grisse z wärde. Sit denn gits di (ungstreute!) kosmische Hingergrundstrahlige, u sit denn isch ds All mit Wasserstoff gfüllt.

Mit dr witere Abchüehlig vom Universum het sech d Masse asymmetrisch ufteilt u het Wulche us Wasserstoffgas gformt. Unger em Ifluss vor Gravitation hei si sech zuenähmend verdichtet, zersch zu Galaxie und später het sech ds Gas vo de Galaxie zu Protostärne verdichtet, u unger em enorme Druck vor Schwärchraft het d Verschmelzig (Fusion) vo de H-Atome zu He-Atomen igsetzt. So si ersti Stärne u Sunne entstange. Später, bsungers i sehr große Stärne, si aber - äbefalls dür Fusion – o schwäreri Elemänt wie Chohlestoff, Stickstoff u Suurstoff entstange, wo d Grundboustei vo aune bekannte Läbesforme si.

Stärne si houptsächlech us Wasserstoff-Plasma. D Chärnfusion vo Wasserstoff ¹H geit hauptsächlech über d Zwüschestuefe Deuterium ²H u Tritium ³H zu Helium ⁴He. D Energi, wo derbi frei wird, isch d Energiiquelle vo dä Stärne. Dr Wasserstoff wo i üsere Sunne isch, macht dr gröscht Teil vor gsamte Masse vo üserem Sunnesystem us.

Aber o di schwäre Gasplanete si zum ne grosse Teil us Wasserstoff, das erhöht dr Masseateil vom Element im Sunnesystem o. Unger de extreme Drück, wo i de große Tiefe i de große Gasplanete Jupiter u Saturn herrsche, cha Wasserstoff i metallischer Form exischtiere. Wahrschinlech isch dr Ateil a metallischem Wasserstoff i de Himuskörper no größer, aus me bishär agno het. Dä Zuestang isch wäg dr elektrische Leitfähigkeit vermuetlech für d Usbildig vo de planetare Magnetfälder verantwortlech.

Usserhalb vo üserem Sunnesystem chunnt Wasserstoff o i gigantische Gaswuuche vor. I de so genannte H-I-Gebiet isch das Elemänt nid ionisiert u molekular vorhande. Di Gebiet emittiere Strahlig vo öppe 1420 MHz, d 21-cm-Linie, wo vo de Übergäng vom Gsamtdräyimpuls chunnt. Sie spiut ä wichtigi Rolle i der Astronomi u dient drzue, Wasserstoffvorcho im All z lokalisiere u z ungersueche.

Ionisierti Gaswuuche mit atomarem Wasserstoff nennt me H-II-Gebiet. I dene Gebiet strahle grossi Stärne höchi Mängine vo ionisierender Strahlig ab. Mit dere Hiuf lö sech Rückschlüss uf d Zämesetzig vo dr interstellare Materie la zieh. Wäge dr ständige Ionisation ur Rekombination vo de Atom sände si sichtbari Strahlig us, wo oft so starch isch, das me die Gaswuuche mit emne relativ chline Färnrohr cha gseh.

Irdischs Vorcho

Uf dr Ärde isch dr Masseateil wäsentlech chliner, uf d Ärd-Gsamtmasse gseh öppe 0,12 %, uf d Ärdchruschte gseh 2,9 %. Usserdäm chunnt – im Gägesatz zu de Vorcho im All – dr irdisch Wasserstoff überwiegend bunge u fasch nie rein (d. h. aus unvermischts Gas) vor. Vo kem angere Elemänt si so vili Verbindige bekannt; di bekannteschti, wo am hüfigste ufträted, isch Wasser.

Ärdchruschte

Ds Elemänt chunnt aber o i aune Läbewäse, i Erdöl, Erdgas u i vile Minerale vor. Angeri natürlechi Vorcho si natürlechi Gas, zum Bispiu Methan (CH₄).

Salz- u Süesswasser

Dr gröscht Ateil vo irdischem Wasserstoff chunnt i dr Verbindig mit Suurstoff as Wasser vor. I dere Form bedeckt är über zwöi Drittu vor Ärdoberflächi. Di gsamte Wasservorcho vor Ärde si circa 1386 Milliarden km³. Dervo si 1338 Milliarden km³ (96,5 %) mit Salzwasser i de Ozeane. Die verblibene 3,5 % si Süesswasser. Dervo isch widerum dr gröscht Teil im feschte Aggregatzustang: i Form vo Iis i dr Arktis u Antarktis u i de Permafrostböde v. a. in Sibirie. Dr chlin räschtlech Ateil isch flüssigs Süesswasser u isch meischtens i Seene u Flüss, aber o i ungerirdische Vorcho, zum Bispiu als Grundwasser.

Atmosphäre

Ir Ärdatmosphäre chunnt Wasserstoff fasch usschließlech chemisch bunge, hauptsächlech i Form vo Wasser, vor. Die prozentuali Hüfigkeit vo molekularem Wasserstoff ir Luft isch nume 0,55 ppm. Dr Ateil a Wasserdampf ligt zwüsche öppe 1 u 4 Prozent. Dä Wärt isch starch vo dr Luftfüechtigkeit ur Temperatur abhängig.

Literatur

Chemii

• Erwin Riedel: Anorganische Chemie. de Gruyter, Berlin 2002, ISBN 3-11-017439-1
• A. F. Holleman, Egon Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9
• dtv-Atlas zur Chemie. Bd 1. Allgemeine und anorganische Chemie, ISBN 3-423-03217-0
• Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente - das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. Hirzel, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3

Technik

• Sven Geitmann: Wasserstoff & Brennstoffzellen – Die Technik von morgen. Hydrogeit Verlag, Kremmen 2004 (2. Aufl.), ISBN 3-937863-04-4
• Alf-Sibrand Rühle: Wasserstoff & Wirtschaft – Investieren in eine saubere Zukunft Hydrogeit Verlag, Kremmen 2005, ISBN 3-937863-02-8
• Rex A. Ewing: Hydrogen – A Journey Into a World of Hydrogen Energy and Fuel Cells. Pixyjack Press, Masonville CO 2004, ISBN 0-9658098-6-2

Bedytig

• Hoimar von Ditfurth: Im Anfang war der Wasserstoff. dtv, München 2002, ISBN 3-423-33015-5

Weblinks

• Wasserstoff bei WebElements (englisch)
• 3D Visualisierungen des Wasserstoffatoms bei HydrogenLab
• Informationen über Wasserstoff bei hydrox.de
• Suprafluider Wasserstoff bei Innovationsreport 04.06.2002
• Informationen und Bücher über Wasserstoff im Verlag Hydrogeit
• Wasserstoff – Der neue Energieträger Über die Rolle des Wasserstoffs in existierenden und zukünftigen Energiesystemen in Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellenverband e. V. (Hrsg.) 2004
• Solare Wasserstoffwirtschaft bei biowasserstoff.de
• Wasserstofftestfeld Island in Iceland Guide 2006
• Eine Wasserstoff- und Deuterium-Spektralröhre Betrieb mit 1,8 kV, 18 mA und einer Frequenz von 35 kHz.

Fuessnote

1. Erwin Riedel, Christoph Janiak Anorganische Chemie, 8. Auflage, 2011, Verlag De Gruyter. ISBN 978-3-11-022566-2
2. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Wasserstoff) entnommen.
3. Angegeben ist der von der IUPAC empfohlene Standardwert, da die Isotopenzusammensetzung dieses Elements örtlich schwanken kann, ergibt sich für das mittlere Atomgewicht der in Klammern angegebene Massenbereich. Siehe: Michael E. Wieser, Tyler B. Coplen: Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report). In: Pure and Applied Chemistry. 2010, S. 1, doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14.
4. IUPAC, Standard Atomic Weights Revised 2013
5. Iidraag zu Wasserstoff in dr GESTIS-Stoffdatebank vom IFA, abgrüeft am 12. Juli 2009 (nume mit JavaScript) .
6. Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Die Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
7. Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
8. Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 1333-74-0 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich).
9. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.

Periodesüsteem vo de Elimänt H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo Alkalimetall Ärdalkalimetall Lanthanoid Actinoid Übergangsmetall Metall Halbmetall Nichtmetall Halogen Edelgas umbekannt

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