Wasserstoff

Wasserstoff – Chemie

Das chemische Element Wasserstoff steht in der 1. Hauptgruppe und der 1. Periode des Periodensystems der Elemente. Da es besondere Eigenschaften besitzt, wird es jedoch nicht zu den Alkalimetallen der 1. Hauptgruppe gezählt. Aber was macht Wasserstoff so besonders? Die Antworten auf diese Frage findest du im folgenden Text.

Wasserstoff – Definition

Wasserstoff ist ein chemisches Element mit dem Formelzeichen $\ce{H}$. Sein lateinischer Name lautet Hydrogenium. Meist kommt Wasserstoff in gebundener Form, wie zum Beispiel in Wasser $(\ce{H2O}$), vor. Weißt du auch, welche physikalischen und chemischen Eigenschaften Wasserstoff hat? Das wollen wir uns im Folgenden genauer ansehen.

Wasserstoff – chemische Eigenschaften

Betrachtet man Wasserstoff auf atomarer Ebene, so besitzt es eine Elektronenschale mit einem Valenzelektron. Die Ordnungszahl (Kernladungszahl) von Wasserstoff ist also eins. Wasserstoff ist sehr reaktiv. Nicht selten verlaufen Reaktionen mit Wasserstoff explosiv. In Verbindung mit anderen Elementen ist Wasserstoff immer einfach positiv geladen.

Im Periodensystem hat Wasserstoff das Symbol $\ce{H}$. Wasserstoff liegt jedoch normalerweise molekular als $\ce{H2}$ vor. Die beiden Außenelektronen bilden in dieser Verbindung eine kovalente Bindung aus. Das Wasserstoffmolekül $\ce{H2}$ ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Wasserstoff – physikalische Eigenschaften

Im folgenden Steckbrief sind die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff zusammengefasst:

Wasserstoff – Reaktionen

In diesem Abschnitt betrachten wir für Wasserstoff typische chemische Reaktionen. Wasserstoff kann zum Beispiel organische Verbindungen hydrieren. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über weitere wichtige Reaktionen, an denen Wasserstoff beteiligt ist:

Die Knallgasreaktion wird auch zum Nachweis von Wasserstoff eingesetzt.

Wasserstoff – Vorkommen

Wasserstoff kommt auf der Erde und im Weltall in unterschiedlichen Anteilen vor. In der Erdhülle kommt Wasserstoff nur zu $1 \%$ vor, hauptsächlich im Wasser. Er ist aber auch ein wichtiger Bestandteil organischer Verbindungen. Im Weltall hingegen ist reiner Wasserstoff mit $75 \%$ das häufigste Element. Beispielsweise sind Sterne riesige Kugeln aus heißem Gas, die vor allem aus Wasserstoff und Helium bestehen und durch die Schwerkraft zusammengehalten werden. Sie erzeugen ihre Energie selbst und strahlen sie aus. Die gute Brennbarkeit von Wasserstoff ermöglicht auch erst das Leben auf der Erde: Wusstest du, dass unsere Sonne in jeder Sekunde $600$ Millionen Tonnen Wasserstoff zu Helium verbrennt?

Wasserstoff – Herstellung

Wie bereits erwähnt findet man reinen Wasserstoff fast nur im Weltall vor. Elementarer Wasserstoff kann jedoch im Labor erzeugt werden, zum Beispiel durch die Reaktion von unedlen Metallen mit Mineralsäuren. In der Industrie wird Wasserstoff heute hauptsächlich durch eine sogenannte Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen. Dabei wird jedoch viel Kohlenstoffdioxid $\ce{CO2}$ freigesetzt. Das macht diesen Prozess leider nicht so umweltfreundlich. Alternativ kann die Herstellung von Wasserstoff) auch mit Strom durch eine Elektrolyse erfolgen.

Wasserstoff – Verwendung

Für was verwendet man Wasserstoff? Darüber gibt folgende Liste Auskunft:

• Als Raketentreibstoff
• Zum Schweißen
• Zur Ammoniaksynthese
• Zur Kohlehydrierung bei der Herstellung von Benzin
• Zur Fetthärtung, beispielsweise bei der Herstellung von Margarine aus Speiseöl
• Als Lebensmittelzusatzstoff
• Als Kryogen (Stoffe, die zum Erhalt niedriger Temperaturen eingesetzt werden)

Dieses Video

In diesem Video lernst du die Eigenschaften und den Aufbau von Wasserstoff kennen. Du erfährst, warum Wasserstoff brennbar ist und was bei der Verbrennung von Wasserstoff passiert.

Nach dem Betrachten des Videos hast du die Möglichkeit, Arbeitsblätter zum Thema zu bearbeiten. Viel Spaß!