Wikijunior Die Elemente/ Elemente/ Wasserstoff

Wasserstoff ist das leichteste und am häufigsten vorkommende Element im Universum. Es macht ungefähr 75% der Masse des Universums aus (dunkle Materie nicht dazugezählt). Das Wasserstoffatom ist das kleinste aller Atome; es besteht nur aus einem Proton und einem einzigen Elektron. Das Elementsymbol für Wasserstoff ist H. Im Periodensystem findest du es ganz oben links.

Die Position von Wasserstoff im Periodensystem der Elemente.	Die Werte.

Wie sieht Wasserstoff aus? Wie riecht und schmeckt er? Und wie fühlt er sich an?

Auf der Erde hingegen tritt Wasserstoff meist gebunden in Form von Wasser auf.

Wasserstoff besitzt von allen chemischen Elementen das kleinste Atom mit einem winzigen Durchmesser von nur 0,000000000031 m. Bei Zimmertemperatur ist Wasserstoff ein durchsichtiges Gas. Weil Wasserstoff sehr reaktionsfreudig ist, existiert H als einzelnes Wasserstoffatom nur für einige Picosekunden (Picosekunden sind Millionstel einer Millionstel Sekunde), dann verbinden sich zwei Wasserstoffatome zu einem Wasserstoffmolekül H₂. Das Wasserstoffgas hat weder einen Geschmack noch einen Geruch und ist ungiftig. Durch sehr, sehr niedrige Temperaturen und sehr hohen Druck kann Wasserstoffgas in eine Flüssigkeit oder sogar einen Feststoff umgewandelt werden. Eine häufige Verbindung, die Wasserstoff enthält, ist H₂O (Wasser). Es enthält zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom und ist bei Zimmertemperatur eine klare, durchsichtige Flüssigkeit, eben Wasser.

Wie er entdeckt wurde

Henry Cavendish war der Erste, der verstand, dass Wasserstoff eine einzigartige Substanz ist. 1766 produzierte er Wasserstoff, indem er Quecksilber mit einer Säurelösung mischte. Jedoch wurde Wasserstoff auch schon im Jahre 1520 von dem Schweizer Alchemisten Paracelsus hergestellt, der ebenfalls Metall mit einer starken Säure mischte und ein leicht entzündliches Gas erzeugte.

Wie der Wasserstoff zu seinem Namen kam

Das Element wurde von dem Franzosen Antoine Lavoisier so benannt, weil Wasserstoff, wenn er verbrennt, zu Wasser wird. Das lateinische Wort hydrogenium heißt auf Deutsch Wassererzeuger. Deshalb hat Wasserstoff Symbol H.

Wusstest du, dass...

• Wasserstoff das kleinste Atom ist?
• Wasserstoff das häufigste Element im Universum ist?
• Wasserstoff der Hauptbrennstoff in Sternen und der einzige Brennstoff für Rote Zwerge ist?
• Wasserstoff zukünftig vielleicht als Kraftstoff für Autos verwendet wird?
• Wasserstoff gewöhnlich nicht in reiner Form auf der Erde vorkommt, sondern als Bestandteil von Molekülen (z.B. Wasser)?
• Wasserstoffionen eigentlich für den saureren Geschmack verantwortlich sind?

Wo finden wir Wasserstoff?

Wasserstoffnebel im Weltraum

Wasserstoff in seiner atomaren Form kommt gewöhnlich im Weltraum und in Sternen vor. Dort gibt es riesige Wasserstoffwolken. Doch den meisten Wasserstoffatomen im Weltraum fehlt ein Elektron, was bedeutet, dass sie Ionen sind.

Wasserstoff ist ein wichtiger Bestandteil allen Lebens auf der Erde. Er ist Bestandteil von Wassermolekülen und er ist zusammen mit Kohlenstoff in jedem organischen Molekül vorhanden. Organische Moleküle sind im Erdöl und seinen Produkten, im Erdgas und in Kunststoffen zu finden. Besonders komplexe organische Moleküle sind Fette und die Aminosäuren, die als Bestandteile von Eiweiß die Bausteine jedes Lebewesens sind.

Wasserstoff wird von der Industrie durch elektrochemische Reaktion mit Mineralien wie Magnesium und durch Elektrolyse erzeugt.

Wozu brauchen wir Wasserstoff?

Wenn Wasserstoff (H) mit Sauerstoff (O) zu Wasser H₂O verbrennt, wird Energie in Form von Wärme freigesetzt. Umgekehrt muss man dieselbe Energiemenge aufwenden, um das Wasser so zu zerlegen, damit wieder reiner Wasserstoff und reiner Sauerstoff daraus wird. Damit lässt sich wunderbar Energie speichern und aufheben.

• Erdöl besteht aus Molekülen mit vielen aneinandergehängten Kohlenstoff-Atomen (C), richtige C-C-C-C Ketten. Wenn man nun an jedes Kohlenstoff-Atom Wasserstoff-Atome dranhängt, dann kann man im Erdöl Energie speichern. Die wichtigste technische Anwendung von Wasserstoff ist die Behandlung und Verarbeitung von Erdöl und seinen Produkten – also Öl, Benzin, Diesel und Kunststoffe.
• Hängt man Wasserstoffatome (H) an ein Stickstoffatom (N) dran, bekommt man Ammoniak NH₃, den man für die Herstellung von Düngemitteln benötigt.
• Wasserstoff kann auch direkt als Kraftstoff verwendet werden. In Raketen werden Sauerstoff und Wasserstoff verbrannt, damit genug Schub erzeugt wird, um in den Weltraum zu fliegen.
• In Brennstoffzellen verbinden sich Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser – ohne Flamme – dabei wird elektrischer Strom erzeugt.

Raketenstart: Sauerstoff und Wasserstoff werden verbrannt, wobei viel Energie frei wird.

In der Zukunft wird die Brennstoffzelle vielleicht den Motor in unseren Autos ersetzen, sodass beim Autofahren keine giftigen Abgase, sondern einfach Wasser freigesetzt wird. Statt Benzin würde man dann an der Tankstelle Wasserstoff tanken. Reiner Wasserstoff muss jedoch erst hergestellt werden, da er in der Natur in Form von Wasser gebunden vorkommt. Um Wasser mit elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zu trennen ist Energie nötig, die in Kraftwerken erzeugt werden muss. Der Wasserstoff kann dann stark zusammengedrückt in Flaschen und Tanks gelagert werden und als Energiespeicher dienen.

Modell eines Kernfusionskraftwerkes

• Sterne strahlen Licht und Wärme ab, weil in ihrem Inneren Wasserstoffatome verschmolzen werden - dies nennt man Kernfusion. Dabei entsteht das Element Helium und extrem viel Energie. Die Wissenschaft forscht nach einer Möglichkeit, die Energie der Kernfusion in einer Art Kraftwerk zu nutzen. Das ist wegen der hohen Temperaturen (100 Millionen °C) nicht so einfach. Die hohen Temperaturen müssen erst einmal erzeugt und das sehr heiße Material sicher gehandhabt werden. Gelänge es, hätten wir eine Energiequelle, die keine Luftverschmutzung verursacht - jedoch würden die Wände des Reaktors stark verstrahlt werden und müssten wegen der gefährlichen Strahlung von der Umwelt ferngehalten werden, allerdings nicht so lange wie der strahlende Abfall von Atomkraftwerken. Brennstoff wäre reichlich vorhanden, schließlich ist Wasserstoff eines der häufigsten Elemente auf unserem Planeten.

• Wasserstoffgas ist leichter als Luft. Deshalb kann man Ballons damit füllen. Heute verwendet man lieber Helium, weil Wasserstoff brandgefährlich ist.

Ist er gefährlich?

Elementarer Wasserstoff ist hoch entzündlich und wenn er mit Sauerstoff gemischt wird, kann er explodieren. Man nennt diesen Vorgang daher auch Knallgasreaktion.

• 
  Gasflasche
• 
  entzündbar

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