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Wasserstoff


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Wasserstoff ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol H hydrogenium Wassererzeuger von griech. : hydror Wasser und griech.: gennaein erzeugen) und der Ordnungszahl 1. Wasserstoff ist das häufigste chemische im Weltall.
Sterne bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff- Plasma . Auf der Erde sind von keinem anderen Element so Verbindungen bekannt. Hier kommt es meist gebunden Form von Wasser vor aber auch in allen Lebewesen Erdöl und in Mineralien .

Eigenschaften
Wasserstoff - Helium
 
H
Li   
 
 

Allgemein
Name Symbol Ordnungszahl Wasserstoff H 1
Serie Nichtmetalle
Gruppe Periode Block 1 (IA) 1 s
Aussehen farblos
Erdkrustenhäufigkeit 0 88%
Atomar
Atomgewicht 1 00794
Atomradius (berechnet) 25 (53) pm
Kovalenter Radius 37 pm
van der Waals-Radius 120 pm
Elektronenkonfiguration 1s 1
Elektronen pro Energieniveau 1
Oxidationszustände ( Oxid ) +1 ( amphoter )
Kristallstruktur hexagonal
Physikalisch
Aggregatzustand gasförmig
Dichte Mohshärte 0 0899 kg/m 3 k.A.
Magnetismus
Schmelzpunkt 14 025 K (-259 125° C )
Siedepunkt 20 268 K (-252 882°C)
Molares Volumen 11 42·10 -3 m 3 /mol
Verdampfungswärme 0 44936 kJ/mol
Schmelzwärme 0 05868 kJ/mol
Dampfdruck 209 Pa bei 23 K
Schallgeschwindigkeit 1270 m/s bei 298 15 K
Verschiedenes
Elektronegativität 2 2 ( Pauling-Skala )
Spezifische Wärmekapazität 14304 J/(kg*K)
Elektrische Leitfähigkeit
Wärmeleitfähigkeit 0 1815 W/(m*K)
Ionisierungsenergie 1312 kJ/mol
Isotope
Isotop NH t 1/2 ZM ZE M eV ZP
1 H 99 985 % H ist stabil mit 0 Neutronen
2 H 0 0145 % H ist stabil mit 1 Neutron
3 H 10 -15 % 12 33 a β - 0 019 3 He
4 H {syn.} k.A. n 2 910 3 H
NMR-Eigenschaften
1 H 2 H 3 H
Kernspin 1/2 1 1/2
gamma / rad / T 2 675·10 8 4 106·10 7 2 853·10 8
Empfindlichkeit 1 0 00965 1 21
Larmorfrequenz bei B=4 7 T 200 M Hz 30 7 MHz 213 MHz
SI -Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt
sofern nicht anders angegeben.

Inhaltsverzeichnis

Wichtigste Eigenschaften

Wasserstoff ist mit nur einem Proton und einem Elektron das leichteste der chemischen Elemente. Wasserstoff ca. 14-mal leichter als Luft geruchlos und farblos.
Sein Diffusionsvermögen auf Grund seines geringen Molekulargewichtes und Wärmeleitfähigkeit sind die höchsten aller Gase und zu einer Reihe von technischen Problemen beim mit Wasserstoff.

Die Kernfusion von Wasserstoff über die Zwischenstufen Deuterium und Tritium zu Helium in Sternen bildet deren Energiequelle. Diese Reaktion wird Menschen in der Wasserstoffbombe und in experimentellen Fusionsreaktoren genutzt.

Anwendungen

Neben seiner Verwendung als Energiespeicher bzw. ( Schweißen Raketentreibstoff) wird Wasserstoff als Reduktionsmittel von Metalloxiden und Stickstoff ( Haber-Bosch-Synthese ) sowie zur Kohlehydrierung und Fetthärtung eingesetzt.

Weitere Anwendungen sind:

Das Wasserstoffatom wird aufgrund seines einfachen Aufbaus als in der quantenmechanischen Beschreibung aller Atome verwendet. Es ist einzige Atom für das sich die möglichen des Elektrons zumindest näherungsweise ohne den Einsatz numerischer Verfahren berechnen lassen. Dieses ist sonst nur Ionen möglich denen lediglich ein Elektron verblieben (z.B. <math>\mathrm{He}^{+}</math> <math>\mathrm{Li}^{2+}</math> ...).

Geschichte

Entdeckt wurde Wasserstoff vom englischen Chemiker Henry Cavendish im Jahre 1766 . Benannt wurde es von Antoine Lavoisier .

Quellen

Vorkommen

Wasserstoff macht 75% der gesamten Masse 90% aller Atome im Universum aus. In Atmosphäre der Erde liegt Wasserstoff jedoch nur Konzentrationen unter 1 ppm vor; der überwiegende Teil des Wasserstoffs der Erde ist in Wasser vorhanden. Andere natürliche Vorkommen sind Kohle Fossilien und natürliche Gase z.B. Methan (CH 4 ).

Herstellung

Reaktion verdünnter Säuren mit Metallen (z. B. Zink ) durch Elektrolyse von Wasser Natronlauge oder wässrigen Natriumchlorid-Lösungen durch Zersetzung des Wassers durch Alkalimetalle und chemische Reaktion (Reformierung) von Erdgas und anderen Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf (Steam-Reforming).

Siehe auch: Wasserstoffherstellung Wasserstoffspeicherung Elektrolyseur

Verbindungen

Wasserstoff geht mit den meisten chemischen Verbindungen ein. Durch seine Elektronegativität von 2 2 kann Wasserstoff Verbindungen als metallischer als auch als nichtmetallischer Partner eingehen indem es entweder ein abgibt bzw. aufnimmt. Allerdings wird das Elektron nicht vollständig abgegeben da sonst ein blankes verbleiben würde so dass Verbindungen bei denen der weniger elektronegative Partner ist einen hohen Anteil haben. Als Beispiele seien HF (Hydrogenfluorid) HCl genannt. Isolierte H + -Ionen in wässriger Lösung verbinden sich sofort Wassermolekülen zu H 3 O + -Ionen ( Säure ).

In Verbindung mit Metallen kann Wasserstoff auch jeweils ein Elektron aufnehmen so dass geladene Wasserstoffionen entstehen. Diese Verbindungen werden Hydride genannt.Metallhydride sind hochexplosiv.

Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff zu Wasser (H 2 O). Bei dieser Knallgasreaktion wird Energie frei. Wird Protium (H) durch Deuterium (D) ersetzt so erhält man schweres Wasser (D 2 O). Wasserstoff bildet auch Verbindungen mit Kohlenstoff zu organischen Verbindungen ( Kohlenwasserstoffen ) deren Studium sich die organische Chemie verschrieben hat.

Minerale die Wasserstoff enthalten sind Hydrate oder Hydroxide .

Andere Wasserstoffverbindungen:

Formen

Unter normalen Bedingungen ist Wasserstoffgas ein zweier Molekülarten die sich durch die "Richtung" Elektronenspins und Kernspins unterscheiden. Diese beiden Formen sind als ortho - (normale Form) und para -Wasserstoff bekannt (im Unterschied zu den verschiedenen Unter Standardbedingungen liegen 25% des Wasserstoffs als para-Form 75% als ortho-Form vor wobei die ortho-Form gereinigt werden kann. Die beiden Molekülarten unterscheiden in ihrer Energie was zu leicht unterschiedlichen Eigenschaften führt. So liegen z.B. der Schmelz- Siedepunkt der para-Form ca. 0 1K unter der ortho-Form.

Isotope

Das häufigste Wasserstoff- Isotop Protium ( 1 H) hat keine Neutronen; die beiden anderen ein ( Deuterium 2 H D) bzw. zwei ( Tritium 3 H) Neutronen. Protium und Deuterium sind stabil. macht 0.0184-0.0082% aller Wasserstoffatome aus (nach IUPAC ). Tritium ist radioaktiv .

Wasserstoff ist das einzige Element dessen eigene Namen haben.

Vorsichtsmaßnahmen

Wasserstoff ist ein leicht brennbares Gas. Es reagiert auch heftig mit Chlor und Fluor . D 2 O auch schweres Wasser genannt ist giftig für viele Spezies . Allerdings ist die für Menschen gefährliche recht groß.

Vorsichtsmaßnahmen

Wird Wasserstoff in einfachen Metalltanks gelagert kommt es wegen der geringen Molekülgröße zu d.h. Gas tritt langsam aus. Dies ist für mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge problematisch wenn lange an einem abgeschlossenen Platz (Garage Tiefgarage) Zudem rechnet man beim Betanken mit relativ Verlusten von einigen Prozent der Gesamtmenge. Flüssiger in Metalltanks neigt bei Beschädigungen oder Lecks Selbstentzündung.

Siehe auch: Periodensystem Wasserstoffbrücke Antiwasserstoff Brennstoffzelle Elektrolyse

Weblinks




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