Wasserstoff
Was ist genau ist Wasserstoff und was gibt es alles über das Element zu wissen? Das erfährst du hier und im Video !
Was ist Wasserstoff?
Wasserstoff ist das leichteste chemische Element und wird mit dem Symbol H abgekürzt. Es hat die Ordnungszahl 1 und steht im Periodensystem in der 1. Periode und der 1. Gruppe.
Bei Raumtemperatur ist Wasserstoff gasförmig. Es kommt in der Natur nicht in atomarer Form (H) vor, selten in molekularer Form (H2). Wasserstoff ist häufig in Verbindungen zu finden.
Eine Wasserstoffverbindung, die du wahrscheinlich kennst, ist das Wasser oder auch H20. In dieser Form kommt das Element Wasser in allen Tieren, Pflanzen und Menschen auf unserer Erde vor. Im Gegensatz zu Wasser ist Wasserstoff sogar brennbar. Und zwar dann, wenn es mit Sauerstoff gemischt wird.
Steckbrief Wasserstoff
Der Steckbrief zum Element Wasserstoff, zeigt dir die wichtigsten Informationen auf einen Blick:
| Symbol im Periodensystem | H |
| Hauptgruppe | 1 |
| Periode | 1 |
| Ordnungszahl | 1 |
| Block | s — Block |
| Elementkategorie | Nichtmetall |
| Molare Masse | 1,008 u |
| Vorkommen in der Natur | als H2 — Molekül |
| Atomradius | 25 pm |
| Aussehen | farbloses Gas |
| Schmelzpunkt | -259,2 °C |
| Siedepunkt | -252,9 °C |
| Löslichkeit | 1,6 mg/l |
| Elektronegativität | 2,2 (Pauling-Skala) |
| Elektronenkonfiguration | 1s1 |
|
Oxidationszahlen |
-1, +1 |
Vorkommen von Wasserstoff
Wasserstoff ist das häufigste Element in unserem Universum! Es macht ganze 75 % der Masse unseres Weltalls aus. Wenn du diese Zahl auf alle Atome umrechnest, die es dort gibt, ist die Zahl sogar noch beeindruckender: Denn dann sind 93 % aller Atome Wasserstoffatome.
Im Sonnensystem kommt besonders viel Wasserstoff in der Sonne vor. Sie besteht etwa zur Hälfte daraus. Das ist auch der Grund, warum sie so heiß brennt. Denn im Inneren der Sonne werden Wasserstoffatome zu Heliumatomen verschmolzen. Bei diesem Vorgang wird extrem viel Energie, in Form von Hitze und Licht, frei.
Im Gegensatz zur Sonne ist das Wasserstoffmolekül H2 auf unserer Erde kaum vorhanden. Du findest es nur in geringen Mengen im Wasserdampf unserer Atmosphäre. Dort ist das Gas geruchs-, geschmacks- und farblos.
Eigenschaften von Wasserstoff
Wasserstoff ist ein farb-, geruchs- und geschmackloses Gas mit einem Gewicht von 0,0899g/L. Damit ist Wasserstoff 14-mal leichter als Luft. Bei -253 °C wird es flüssig, bei -259 °C fest. Das Element tritt in der Natur in 3 Isotopen auf.
Damit du die Isotope voneinander unterscheiden kannst, sehen wir uns zunächst das Schalenmodell von Wasserstoff an.
Wasserstoff Schalenmodell
Mit dem Schalenmodell kannst du in der Chemie jedes Element darstellen. Für Wasserstoff sieht das Schalenmodell so aus:
Im Atomkern von Wasserstoff befindet sich ein positiv geladenes Proton. Außerdem hat ein Wasserstoffatom nur eine Schale, sie ist mit einem negativ geladenen Elektron (e) besetzt.
Wasserstoff Isotope
Jedoch solltest du dir merken, dass Wasserstoff auch als Isotop vorkommt. Unter Isotopen verstehst du, dass die Zahl der Elektronen und Protonen eines Atoms gleich bleiben, die Anzahl der Neutronen aber manchmal anders ist. Drei Wasserstoffisotope treten natürlich auf:
- Protium bezeichnest du auch als leichten Wasserstoff. Er besitzt ein Proton und ein Elektron und kein Neutron. Weil dieses Wasserstoffisotop 99,98 % der drei Isotope ausmacht, ist es der ‚normale‘ Wasserstoff.
- Deuterium kannst du auch schweren Wasserstoff nennen. Zusätzlich zum Proton im Kern besitzt es noch ein Neutron. Du kannst Deuterium mit dem Symbol 2H darstellen, oder einfach D benutzen. Es hat eine Häufigkeit von 0,015 %.
- Tritium macht nur 0,005 % des Wasserstoffs aus. Weil es im Atomkern neben dem Proton noch zusätzlich zwei Neutronen besitzt, nennst du es auch überschwerer Wasserstoff. Du kannst Tritium mit dem Symbol 3H schreiben.
Chemische Eigenschaften
Der ‚normale‘ Wasserstoff ist dabei das leichteste Element des Periodensystems. Auf unserer Erde tritt er daher nur als Gas auf. Genauer gesagt wiegt H nur 0,0899 Gramm pro Liter. Damit ist unsere Luft 14,4 Mal so schwer wie Wasserstoff!
Außerdem kannst du Wasserstoff als Gas weder schmecken, noch riechen oder sehen. Sichtbar würde es für dich erst werden, wenn sich der Aggregatzustand von Wasserstoff verändert. Das passiert bei Temperaturen von -253 °C. Dann wird das Gas flüssig. Wenn es noch kälter wird, wird es sogar fest, und zwar bei -259 °C!
Solche niedrigen Temperaturen kommen bei uns auf der Erde aber natürlich nicht vor. Unter Normalbedingungen ist Wasserstoff daher eher reaktionsträge. Das bedeutet, dass chemische Vorgänge ziemlich langsam ablaufen. Jedoch kann er zusammen mit Sauerstoff ein explosives Gemisch bilden. Das machst du dir zum Beispiel bei der Knallgasprobe zunutze, um Wasserstoff nachzuweisen.
Verwendung von Wasserstoff
Wasserstoff wird in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Auch wenn er bisher hauptsächlich in der chemischen und metallverarbeitenden Industrie eingesetzt wurde, könnte er in der Zukunft eine wichtige Rolle als vielseitig einsetzbarer Energieträger spielen.
In der chemischen Industrie findet Wasserstoff Verwendung als Ausgangsmaterial zum Herstellen von wichtigen Basischemikalien. Zum Beispiel entsteht aus Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) sogenannter Ammoniak (NH3). Unter Druck und Hitze reagieren drei Wasserstoffatome und ein Stickstoffatom miteinander.
Außerdem wird Wasserstoff auch als eine Art Reinigungsmittel für Erdöl und Erdgas verwendet. Hier reagiert Wasserstoff nämlich mit dem Schwefel in Erdöl und -gas und filtert ihn sozusagen heraus. Dadurch wird beim ‚gereinigten‘ Öl und Gas weniger Schwefel bei der Verbrennung frei. Deshalb ist die Verbrennung weniger umweltschädlich.
Aktuell wird auch untersucht, ob wir Wasserstoff in der Mobilität einsetzen können. Denn mit der Hilfe von sogenannten Brennstoffzellen, könnte es bald möglich sein, Fahrzeuge klimaneutral anzutreiben. Vielleicht hast du selbst schon einmal von Wasserstoffautos gehört. Sie werden schon heute getestet, um in der Zukunft eine Alternative zu Autos mit Diesel- oder Benzinmotor zu haben.
Wichtige Wasserstoff Verbindungen
Wie du bereits weißt, findest du Wasserstoff überall um dich herum. Neben dem Wasser gibt es aber noch einige wichtige Wasserstoffverbindungen, die du dir merken kannst. Du kannst sie unterteilen in organische und anorganische Verbindung.
Organische Wasserstoff Verbindungen:
| Kohlenhydrate | z. B. Glucose: C6H12O6 |
| Eiweiße | z. B. Aminosäure Arginin: C6H14N4O2 |
| Fette | z. B. Glycerin C3H8O3 |
| Erdöl und Erdgas | z. B. Methan NH4 |
Anorganische Wasserstoff Verbindungen:
| Wasser | H20 |
| Säuren | z. B. Buttersäure : C4H8O2 |
| Hydroxide | z. B. Ammoniak: NH3 |
| Hydride | z. B. Calciumhydrid: CaH2 |
Sauerstoff
Sauerstoff ist ebenfalls ein sehr wichtiges Element. In der Verbindung mit Wasserstoffmolekülen kommt er in unserem Wasser (H2O) vor. Was du über Sauerstoff wissen solltest, erfährst du hier !
