Erfahren Sie mehr über Wasserstoff

Wasserstoff ist das leichteste chemische Element im Universum und kann sich an andere Wasserstoffatome binden und ein Gas bilden, das mehrere Verwendungszwecke hat

Wasserstoff

Bild von Florencia Viadana bei Unsplash

Wasserstoff ist das chemische Element mit der niedrigsten Atommasse (1 u) und der niedrigsten Ordnungszahl (Z = 1) unter allen bisher bekannten Elementen. Obwohl Wasserstoff in der ersten Periode der IA-Familie (Alkalimetalle) des Periodensystems positioniert ist, weist er keine ähnlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften wie die Elemente dieser Familie auf und ist daher nicht Teil davon. Im Allgemeinen ist Wasserstoff das am häufigsten vorkommende Element im gesamten Universum und das vierthäufigste Element auf dem Planeten Erde.

Wasserstoff hat einzigartige Eigenschaften, dh er ähnelt keinem anderen dem Menschen bekannten chemischen Element. Wasserstoff ist üblicherweise an der Zusammensetzung verschiedener Arten von organischen und anorganischen Substanzen wie Methan und Wasser beteiligt. Wenn er nicht Teil chemischer Substanzen ist, liegt er ausschließlich in gasförmiger Form vor, deren Formel H2 ist.

Wasserstoff ist in seinem natürlichen Zustand und unter normalen Bedingungen ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas. Es ist ein Molekül mit großer Speicherkapazität für Energie. Aus diesem Grund wurde seine Verwendung als erneuerbare Quelle für elektrische und thermische Energie umfassend erforscht.

Entdeckung von Wasserstoff

Mitte des 16. Jahrhunderts beschloss Pareselsvs, einige Metalle mit Säuren in Reaktion zu setzen, und erhielt schließlich Wasserstoff. Obwohl zuvor getestet, gelang es Henry Cavendish, Wasserstoff von brennbaren Gasen zu trennen, und er betrachtete ihn 1766 als chemisches Element.

Nicht ein Metall zu sein, geschweige denn ein Ametal, macht seine Besonderheit im Periodensystem aus. Im Jahr 1773 gab Antoine Lavoisier der chemischen Komponente den Namen Wasserstoff, der vom griechischen Hydro und den Genen abgeleitet ist und Wassergenerator bedeutet.

Wasserstoff in der Natur

  • Wasserstoff ist Teil der chemischen Zusammensetzung mehrerer organischer Substanzen (Proteine, Kohlenhydrate, Vitamine und Lipide) und anorganischer Substanzen (Säuren, Basen, Salze und Hydride).
  • In atmosphärischer Luft liegt es im gasförmigen Format vor, dargestellt durch die Molekülform H2, die durch die kovalente Bindung zwischen zwei Wasserstoffatomen gebildet wird.
  • Wasserstoff bildet auch Wassermoleküle, eine wichtige Ressource für das Leben.

Wasserstoffquellen

Wasserstoff kommt auf der Erde nicht in seiner reinsten Form vor, sondern in der kombinierten Form (Kohlenwasserstoffe und Derivate). Aus diesem Grund muss Wasserstoff aus mehreren Quellen extrahiert werden. Die Hauptquellen für Wasserstoff sind:

  1. Erdgas;
  2. Ethanol;
  3. Methanol;
  4. Wasser;
  5. Biomasse;
  6. Methan;
  7. Algen und Bakterien;
  8. Benzin und Diesel.

Eigenschaften von atomarem Wasserstoff

  • Es hat drei Isotope (Atome gleicher Ordnungszahl und unterschiedlicher Massenzahlen), nämlich Protium (1H1), Deuterium (1H2) und Tritium (1H3);
  • Es präsentiert nur eine elektronische Ebene;
  • Es hat ein einzelnes Proton in seinem Kern;
  • Es hat nur ein Elektron in seiner elektronischen Ebene;
  • Die Anzahl der Neutronen hängt vom Isotop ab - Propium (0 Neutronen), Deuterium (1 Neutron) und Tritium (2 Neutronen);
  • Es hat eine der kleinsten Atomstrahlen im Periodensystem;
  • Es hat eine größere Elektronegativität als jedes metallische Element;
  • Es hat ein größeres Ionisationspotential als jedes metallische Element;
  • Es ist ein Atom, das sich in ein Kation (H +) oder ein Anion (H-) umwandeln kann.

Die Stabilität des Wasserstoffatoms wird erreicht, wenn es ein Elektron in der Valenzschale (der äußersten Hülle eines Atoms) empfängt. In Ionenbindungen interagiert Wasserstoff ausschließlich mit einem Metall und gewinnt daraus ein Elektron. In kovalenten Bindungen teilt Wasserstoff sein Elektron mit einem Ametal oder mit sich selbst und bildet einfache Bindungen.

Eigenschaften von molekularem Wasserstoff (H2)

  • Bei Raumtemperatur befindet es sich immer im gasförmigen Zustand;
  • Es ist ein brennbares Gas;
  • Sein Schmelzpunkt beträgt -259,2 ° C;
  • Sein Siedepunkt beträgt -252,9 ° C;
  • Es hat eine Molmasse von 2 g / mol und ist das leichteste Gas;
  • Es hat eine kovalente Sigma-Bindung vom Typ ss zwischen den beiden beteiligten Wasserstoffatomen;
  • Zwischen Atomen werden zwei Elektronen geteilt;
  • Es hat lineare Geometrie;
  • Seine Moleküle sind unpolar;
  • Seine Moleküle interagieren durch induzierte Dipolkräfte.

Molekularer Wasserstoff hat eine große chemische Affinität zu mehreren Verbindungen. Diese Eigenschaft betrifft die Fähigkeit einer Substanz, mit der anderen zu reagieren, denn selbst wenn zwei oder mehr Substanzen in Kontakt gebracht werden, aber keine Affinität zwischen ihnen besteht, tritt die Reaktion nicht auf. Auf diese Weise nimmt es an Reaktionen wie Hydrierung, Verbrennung und einfachem Austausch teil.

Möglichkeiten zur Gewinnung von molekularem Wasserstoff (H2)

Physikalische Methode

Molekularer Wasserstoff kann aus atmosphärischer Luft gewonnen werden, da er eines der in dieser Mischung vorhandenen Gase ist. Hierzu ist es erforderlich, die atmosphärische Luft der fraktionierten Verflüssigungsmethode und anschließend der fraktionierten Destillation zu unterziehen.

Chemische Methode

Molekularer Wasserstoff kann durch spezifische chemische Reaktionen erhalten werden, wie zum Beispiel:

  • Einfacher Austausch: Reaktion, bei der ein Nichtedelmetall (Me) den in einer anorganischen Säure (HX) vorhandenen Wasserstoff unter Bildung eines Salzes (MeX) und des molekularen Wasserstoffs (H2) verdrängt:
    • Me + HX → MeX + H2
  • Hydratisierung von Kokskohle (Nebenprodukt von Mineralkohle): Bei dieser Reaktion interagiert der Kohlenstoff (C) der Kohle mit dem Sauerstoff im Wasser (H2O) und bildet Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas:
    • C + H2O → CO + H2
  • Wasserelektrolyse: Wenn Wasser dem Elektrolyseprozess unterzogen wird, bilden sich Sauerstoff- und Wasserstoffgase:
    • H 2 O (l) → H 2 (g) + O 2 (g)

Wasserstoffversorger

  • Treibstoff für Raketen oder Autos;
  • Lichtbogenbrenner (verwenden elektrische Energie) zum Schneiden von Metallen;
  • Schweißnähte;
  • Organische Synthesen, genauer gesagt bei Hydrierungsreaktionen von Kohlenwasserstoffen;
  • Organische Reaktionen, die Fette in Pflanzenöle umwandeln;
  • Herstellung von Halogenwasserstoffen oder hydrierten Säuren;
  • Herstellung von Metallhydriden wie Natriumhydrid (NaH).

Wasserstoffbombe

Die Wasserstoffbombe, H-Bombe oder thermonukleare Bombe ist die Atombombe mit dem größten Zerstörungspotential. Sein Betrieb resultiert aus einem Kernfusionsprozess, weshalb er auch als Fusionsbombe bezeichnet werden kann.

Die Explosion einer Wasserstoffbombe resultiert aus dem Fusionsprozess, der bei sehr hohen Temperaturen von etwa 10 Millionen Grad Celsius stattfindet. Der Produktionsprozess dieser Pumpe beginnt mit der Vereinigung von Wasserstoffisotopen, die als Protium, Deuterium und Tritium bezeichnet werden. Durch die Verbindung von Wasserstoffisotopen erzeugt der Atomkern noch mehr Energie. Dies liegt daran, dass Heliumkerne gebildet werden, deren Atommasse viermal größer ist als die von Wasserstoff.

Somit wird der Kern, der leicht war, schwer. Daher ist der Kernfusionsprozess tausendfach gewalttätiger als der der Spaltung. Die Stärke einer Wasserstoffbombe kann 10 Millionen Tonnen Dynamit erreichen und radioaktives Material und elektromagnetische Strahlung auf einem Niveau freisetzen, das dem von Atombomben weit überlegen ist.

Der erste Test einer Wasserstoffbombe im Jahr 1952 setzte eine Energiemenge frei, die etwa 10 Millionen Tonnen TNT entspricht. Es ist erwähnenswert, dass diese Art der Reaktion die Energiequelle von Sternen wie der Sonne ist. Sie besteht aus 73% Wasserstoff, 26% Helium und 1% anderen Elementen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass es in seinem Kern Fusionsreaktionen gibt, bei denen Wasserstoffatome zu Heliumatomen verschmelzen.

Wasserstoff Fakten

  • Molekularer Wasserstoff ist leichter als Luft und wurde vom deutschen Grafen Ferdinand von Zeppelin in starren Luftschiffen verwendet, daher der Name der Luftschiffe;
  • Molekularer Wasserstoff kann von einigen Bakterien und Algen synthetisiert werden.
  • Mit Wasserstoff kann sauberer Energiekraftstoff erzeugt werden.
  • Methangas (CH4) ist eine zunehmend wichtige Wasserstoffquelle.