Wasserstoff


Wasserstoff

* * *

Wạs|ser|stoff 〈m. 1; unz.; chem. 〉 Element, ein geruch- u. geschmackloses Gas, Ordnungszahl 1; Sy Hydrogenium [Lehnübersetzung <frz. hydrogène „Wassererzeuger, Wasserstoff“ <grch. hydro „Wasser“ + gignesthai „werden, entstehen“]

* * *

Wạs|ser|stoff [der Stoff, der Wasser macht]; Symbol: H ( Hydrogenium) systematisches Syn.: Hydrogen: chem. Element aus Gruppe 1 des Periodensystems, Protonenzahl: 1, AG 1,007 94, von dem die 3 Isotope 11H ( Protium), 21H ( Deuterium, schwerer W.) u. 31H ( Tritium, schwerster, super- oder überschwerer W.) bekannt sind. W. ist ein ungiftiges, leicht entflammbares, farb-, geruch- u. geschmackloses Gas, Dichte 0,0899 g/L (viel leichter als Luft), Smp. ‒259 °C, Sdp. ‒253 °C, das normalerweise als zweiatomiges Molekül H2 (Dihydrogen, Diwasserstoff, mol. W.) im thermodynamischen Gleichgewicht zwischen Ortho- u. Parawasserstoff ( Ortho-Para-Isomerie) vorliegt. Monowasserstoff (Monohydrogen, H) tritt in den Oxidationsstufen +1 ( Proton, eigtl.: Hydron), ‒1 ( Hydrid-Ion) u. 0 auf (atomarer W., vgl. in statu nascendi). Als Substituent kann H mit den Präfixen Hydrogen-, Hydrido- u. Hydro- benannt werden; eine spezif. nomenklatorische Bedeutung haben die Bez. indizierter bzw. zugefügter Wasserstoff. W. verbindet sich mit vielen Elementen zu Hydriden u. löst sich interstitiell in einer Anzahl von Metallen. In bes. Weise reaktionsfähiger W. wird acider bzw. aktiver W. genannt. Auf der Erde kommt W. fast nur in chem. gebundenem Zustand vor (z. B. als Wasser u. in org. Verb), in freier Form dagegen in den obersten Schichten der Atmosphäre u. bes. im Weltraum als häufigstes Element. Der industriell haupts. durch Steamreforming oder aus Wassergas mit anschließender Konvertierung gewonnene W. findet Verwendung zur Synthese von Ammoniak, Chlorwasserstoff, Methanol, zur Kohleverflüssigung, Oxo-Synthese, Fetthärtung, als Reduktionsmittel u. Treibstoff.

* * *

Wạs|ser|stoff, der <o. Pl.> [nach frz. hydrogène, Hydrogen]:
farb-, geruchloses u. geschmackfreies Gas, das in der Verbindung mit Sauerstoff als Wasser vorkommt u. bes. zur Synthese von Ammoniak, Benzin, Salzsäure u. a., zum Schweißen, als Heizgas u. in ↑ Brennstoffzellen verwendet wird (chemisches Element; Zeichen: H; vgl. Hydrogenium):
schwerer W. (Deuterium);
überschwerer W. (Tritium).

* * *

Wasserstoff,
 
Hydrogenium, chemisches Symbol H, leichtestes chemisches Element, das allgemein in der ersten Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente eingeordnet wird. Von Wasserstoff sind drei Isotope bekannt, die beiden stabilen Isotope 1H (leichter Wasserstoff, Protium; Anteil am natürlichen Wasserstoff 99,985 %) und 2H oder D (schwerer Wasserstoff, Deuterium; Anteil am natürlichen Wasserstoff 0,015 %) und das radioaktive Isotop 3H oder T (überschwerer Wasserstoff, Tritium; Anteil am natürlichen Wasserstoff etwa 10-15 %).
 
Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses, leicht brennbares Gas. Im Normalzustand liegt er in Form zweiatomiger Moleküle, H2, vor, in denen die beiden Wasserstoffatome homöopolar gebunden sind; unter besonderen Bedingungen lässt sich auch atomarer Wasserstoff herstellen, der aus einzelnen ungebundenen Wasserstoffatomen, H, besteht. Beim molekularen Wasserstoff lassen sich zwei Formen unterscheiden, die beide nur durch einen unterschiedlichen Kernspin gekennzeichnet sind und als Ortho- und Parawasserstoff bezeichnet werden (Orthowasserstoff). Sie stehen in einem temperaturabhängigen Gleichgewicht, das sich bei tiefen Temperaturen zum Parawasserstoff hin verschiebt. Chemisch verhalten sich beide Molekülformen vollkommen gleich.
 
Wasserstoff besitzt das größte Diffusionsvermögen aller Elemente. Einige Metalle, z. B. die Platinmetalle (besonders Palladium), können beträchtliche Mengen Wasserstoff absorbieren und in ihr Atomgitter einbauen. Bei der Aufnahme des Wasserstoffs in die Metalle treten alle Übergänge von echten chemischen Bindungen mit stöchiometrischen Verhältnissen bis zur rein physikalischen Anlagerung durch Van-der-Waals-Kräfte auf. - Chemisch ist reiner molekularer Wasserstoff nur mäßig reaktionsfähig, nur mit Fluor reagiert er schon bei tiefen Temperaturen explosionsartig unter Bildung von Fluorwasserstoff, HF. Mit Chlor vereinigt sich Wasserstoff beim Belichten mit energiereicher Strahlung zu Chlorwasserstoff, HCl (Chlorknallgas). Mit Sauerstoff bildet Wasserstoff ebenfalls ein hochexplosives Gemisch (Knallgas), dessen Reaktionswärme im Knallgasgebläse zum Schweißen ausgenutzt wird. Mit den übrigen Elementen reagiert Wasserstoff meist erst beim Erwärmen oder bei Anwesenheit von Katalysatoren. Mit Schwefel bildet sich Schwefelwasserstoff, H2S, mit Stickstoff Ammoniak, NH3. In seinen Verbindungen, die allgemein als Hydride bezeichnet werden und sich in ihren Eigenschaften stark unterscheiden, tritt Wasserstoff entsprechend seiner Stellung im Periodensystem stets einwertig auf. Besonders zahlreiche Verbindungen bildet Wasserstoff mit Kohlenstoff (Kohlenwasserstoffe). Wesentlich reaktionsfähiger als der molekulare ist der atomare Wasserstoff, der deshalb nur kurze Zeit beständig ist. Er entsteht im Augenblick der Bildung von Wasserstoff aus anderen Verbindungen, z. B. bei der Einwirkung von Säuren auf Zink (»naszierender Wasserstoff« oder »Wasserstoff in statu nascendi«), oder durch Einwirkung stiller elektrischer Entladungen oder eines Lichtbogens auf molekularen Wasserstoff. Atomarer Wasserstoff wirkt reduzierend auf viele Metalloxide und vereinigt sich mit den meisten Nichtmetallen schon bei tiefer Temperatur unter Bildung der entsprechenden Hydride. Man nimmt an, dass Wasserstoff bei hinreichend hohem Druck in einen metallischen Zustand übergeht (metallische Gase).
 
 
Wasserstoff ist mit 0,88 Gewichtsprozent an der Zusammensetzung der festen Erdkruste beteiligt und steht damit in der Häufigkeit der chemischen Elemente an 9. Stelle. Er ist v. a. in gebundener Form als Wasser sowie in Form von organischen Verbindungen weit verbreitet. Freier Wasserstoff findet sich in höherer Konzentration nur in einigen Vulkangasen; im Übrigen kommt er in den unteren Schichten der Atmosphäre nur in Spuren vor. Im Weltall dagegen ist Wasserstoff das bei weitem häufigste Element: Nach Schätzungen aufgrund von Messungen in dem der Beobachtung zugängliche Bereich entfallen auf ihn etwa drei Viertel der gesamten Masse des Weltalls. Er ist maßgeblich am Aufbau und an der Entwicklung der auffälligsten kosmischen Objekte, der Sterne und der Galaxien (Sternsysteme), beteiligt. Seine Existenz im Raum zwischen den Sternen, d. h. als interstellare Materie, wird v. a. anhand von Emissionsnebeln in der Umgebung sehr heißer Sterne und mit den Mitteln der Radioastronomie nachgewiesen. Durch die Strahlung der heißen Sterne mit Oberflächentemperaturen von über 30 000 K (Sonne: etwa 6 000 K) werden die kühlen, dunklen Wolken aus neutralen Wasserstoffatomen (»HI-Regionen«) in Umgebungen mit Radien bis über 300 Lichtjahre auf Temperaturen von etwa 10 000 K erhitzt und praktisch vollständig zu freien Protonen und Elektronen ionisiert (»HII-Regionen«). Das Leuchten solcher Gebiete ist eine Folge der Rekombination von Elektronen und Protonen zu neutralen Wasserstoffatomen und von deren Übergängen zu niedrigeren Energieniveaus (Rekombinationsleuchten). In molekularer Form (H2) kommt Wasserstoff im Weltraum nur an solchen Orten vor, wo er vor der energiereichen kurzwelligen Strahlung der Sterne geschützt ist, z. B. in Dunkelwolken, in denen diese Strahlung von Staub absorbiert wird.
 
 
Wasserstoff wird technisch zum überwiegenden Teil aus den durch Umsetzen von Erdgas mit Wasserdampf (Steamreforming) oder von Erdölprodukten (Schweröl, Destillationsrückstände) mit Sauerstoff (partielle Oxidation) - zum Teil auch durch Verfahren der Kohlevergasung - hergestellten Gasgemischen (»Synthesegase«) durch Entfernen des neben Wasserstoff gebildeten Kohlenoxids und anschließende Reinigung gewonnen (Synthesegas). Der so erzeugte Wasserstoff hat einen Reinheitsgrad von 97 bis 99,5 Volumenprozent und wird meist direkt nach der Herstellung (gegebenenfalls nach zusätzlicher Feinreinigung) in angegliederten Produktionsanlagen weiterverarbeitet. - Besonders reinen Wasserstoff (> 99,5 Volumenprozent) erhält man durch die elektrolytische Zersetzung von Wasser, dem zur Erhöhung der Leitfähigkeit meist geringe Mengen an Lauge (NaOH) zugesetzt werden. Als Nebenprodukt wird Wasserstoff bei der Chloralkalielektrolyse gewonnen. - Da Wasser im Gegensatz zu den bisher für die technische Erzeugung von Wasserstoff verwendeten fossilen Rohstoffen (Erdgas, Erdöl, Kohle) in praktisch unbegrenzten Mengen zur Verfügung steht, bemüht man sich heute, Wasserstoff zur Verwendung als Sekundärenergieträger aus Wasser nach neuen Methoden in technischem Umfang zu gewinnen (Wasserstoffenergietechnik).
 
In den Handel gelangt technisch erzeugter Wasserstoff in Druckbehältern, z. B., auf 200 bar verdichtet, in roten, mit einem Linksgewinde versehenen Stahlflaschen. Für Großabnehmer bestehen Fernleitungen, in denen der Wasserstoff mit einem Druck von etwa 25 bar geliefert wird. Zum Transport von verflüssigtem Wasserstoff dienen spezielle vakuumisolierte und mit Kühlvorrichtungen versehene Transportbehälter und Tankwagen. - Da Wasserstoff bei gewöhnlichen Temperaturen und Drücken einen negativen Joule-Thomson-Koeffizienten hat (Joule-Thomson-Effekt; die Inversionstemperatur des Wasserstoffs liegt bei 193 K), erwärmt er sich beim Ausströmen aus einem Druckbehälter, wobei er so hohe Temperaturen erreichen kann, dass er sich selbst entzündet.
 
 
Wasserstoff wird in der chemischen Technik für zahlreiche Synthesen und Umsetzungen benötigt; v. a. wird er zur Synthese von Ammoniak, Chlorwasserstoff, Blausäure, Methanol, von Aldehyden und Alkoholen (in der Oxosynthese), zum Hydrieren von Erdölcrackprodukten und zur Fetthärtung verwendet. In der Metallurgie dient er als Reduktionsmittel für viele Metalloxide, bei der Metallverarbeitung im Gemisch mit Sauerstoff zum Schweißen. Flüssiger Wasserstoff wird u. a. als Kühlmittel sowie in Detektoren der Hochenergiephysik (Blasenkammern) verwendet. Wasserstoff ist auch ein sehr guter Raketentreibstoff. Im Rahmen der Wasserstoffenergietechnik wird daneben sein Einsatz als Motorentreibstoff vorangetrieben.
 
Geschichtliches:
 
Wasserstoff ist beim Umsetzen von Säuren mit Metallen schon früh entwickelt worden, ohne dass man seine Natur als eigenständiges Gas erkannte. Als eigentlicher Entdecker des Wasserstoffs gilt H. Cavendish (1766). - Der Parawasserstoff wurde 1929 durch die Physikochemiker K. F. Bonhoeffer und Paul Harteck (* 1902, ✝ 1985) entdeckt.
 
Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:
 
Wasserstoffenergietechnik: Die Zukunft der Energiegewinnung?
 

* * *

Wạs|ser|stoff, der <o. Pl.> [nach frz. hydrogène, ↑Hydrogen]: farb-, geruchloses u. geschmackfreies Gas, das in der Verbindung mit Sauerstoff als Wasser vorkommt u. bes. zur Synthese von Ammoniak, Benzin, Salzsäure u. a., zum Schweißen, als Heizgas u. Treibstoff für Raketen verwendet wird (chemisches Element); Zeichen: H (Hydrogen[ium]): schwerer W. (Deuterium); überschwerer W. (Tritium).

Universal-Lexikon. 2012.

Synonyme:

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Wasserstoff [1] — Wasserstoff H, Atomgew. 1,008, ist ein farb , geruch und geschmackloses Gas, das sich bei sehr niedriger Temperatur und starkem Drucke zu einer farblosen Flüssigkeit verdichten läßt, deren Dichte 0,07 ist und deren Siedepunkt bei –238°,… …   Lexikon der gesamten Technik

  • Wasserstoff — (Hydrogenium, hydrogen, Inflammable air, Gas pingue, Wasserstoffgas), chemisches Zeichen H, Äquivalent=1, od. 12,5 (0=100); gasförmiges Element, neben Sauerstoff Bestandteil des Wassers; ist farb , geruch u. geschmacklos, permanent, von… …   Pierer's Universal-Lexikon

  • Wasserstoff [2] — Wasserstoff, H, Atomgew. 1,008, Dichte 0,0696 (Luft = 1) [1]; läßt sich unterhalb –242° durch 15 Atm. Druck zu Flüssigkeit verdichten, die bei –253° siedet und hierbei die Dichte 0,06 (Wasser 1) hat [2]. Herstellung im kleinen: aus Zink …   Lexikon der gesamten Technik

  • Wasserstoff — (Hydrogenium) H, chemisch einfacher gasförmiger Körper, findet sich im freien Zustand in sehr geringer Menge (1,5 Vol. in 10,000 Vol.) in der Atmosphäre, in den von Vulkanen ausgestoßenen Gasen, auch in den Gasen, die den Erdölquellen entströmen …   Meyers Großes Konversations-Lexikon

  • Wasserstoff [3] — Wasserstoff läßt sich aus dem Flüssigkeitszustand durch schnelles Verdunsten bei 30–40 mm Druck zu weißem Pulver verfertigen, welches nahe bei –257° schmilzt (vgl. Ergbd. I, S. 842). Moye …   Lexikon der gesamten Technik

  • Wasserstoff — (Hydrogenium, chem. Zeichen H), chem. Element, 1781 von Priestley entdeckt, von Cavendish genauer untersucht, findet sich frei in geringer Menge in Vulkangasen, in einigen Petroleumquellen, im Steinsalz, in riesiger Menge in der Photosphäre der… …   Kleines Konversations-Lexikon

  • Wasserstoff — wassererzeugender Stoff, Hydrogenium, u., sofern es als Gas erscheint, W. gas, brennbare Luft; findet sich nie in reiner Gestalt, in der größten Menge in Wasser, von dem es 0,11 ausmacht. – S. »Brennbare Luft.« …   Herders Conversations-Lexikon

  • Wasserstoff — ↑Hydrogen …   Das große Fremdwörterbuch

  • Wasserstoff — Sm std. (18. Jh.) Hybridbildung. Als Entsprechung zu dem neugebildeten Hydrogenium n., nfrz. hydrogène usw., eigentlich Wassererzeuger , gebildet.    Ebenso nndl. waterstof, nschw. väte, nisl. vatnsefni. deutsch s. Wasser, s. Stoff …   Etymologisches Wörterbuch der deutschen sprache

  • Wasserstoff — Eigenschaften …   Deutsch Wikipedia


Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.