Wasserstoff: Bau, Eigenschaften & Nachweis

Wasserstoff ist das erste Element des Periodensystems. Ein Wasserstoffatom besteht aus einem Proton und einem Elektron. In seiner elementaren Form liegt es gasförmig als $$H_2$$ vor. Obwohl man den Namen schnell mit Wasser in Verbindung bringt, ist Wasserstoff selbst brennbar. Wasser besteht zwar auch aus Wasserstoff, aber auch aus einem Sauerstoffatom. Die chemische Formel für Wasser lautet $$H_2O$$. Das H darin ist der Wasserstoff (englisch hydrogen), das O ist der Sauerstoff (englisch oxygen). Wasser ist also das Ergebnis der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff, also der Verbrennung von Wasserstoff. Diese Reaktion kannst Du Dir auch zunutze machen, um Wasserstoff nachzuweisen.

Wasserstoffnachweis

Um Wasserstoff nachzuweisen, macht man sich seine Eigenschaften zunutze. Mit Sauerstoff in Gasform (z.B. aus der Luft) bildet Wasserstoff explosive Gemische. Sie werden auch Knallgas genannt. Bei der sogenannten Knallgasprobe wird eine kleine Menge Wasserstoff in einem offenen Reagenzglas über eine Flamme gehalten. Der ausströmende Wasserstoff vermischt sich mit dem Luftsauerstoff und es findet eine kleine Explosion statt.

Anmerkung: Wasserstoff ist nur als Mischung mit Sauerstoff explosiv. Reines Wasserstoffgas ist lediglich brennbar. Erst an der Luft bilden sich explosive und damit hochgefährliche Gemische.

Bau und Eigenschaften von Wasserstoff

Wasserstoff ist aus Molekülen aufgebaut. Ein Wasserstoffmolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen, welche stark zusammenhalten. Die chemische Formel für Wasserstoff ist also $$H_2$$. 

Vorkommen von Wasserstoff

Auf der Erde kommt Wasserstoff fast ausschliesslich in gebundener Form vor. Die wichtigste Verbindung dabei ist das Oxid von Wasserstoff, nämlich Wasser. Wasserstoff ist aber auch in Erdgas, Erdöl und Kohlenhydraten gebunden. In der unteren Atmosphäre kommt er nur als Spurenelement vor, zum Beispiel in Vulkangasen. Die dünne Atmosphäre einige 100 km über der Erdoberfläche besteht hingegen fast nur aus Wasserstoff. Im Weltall ist Wasserstoff gar das am häufigsten auftretende Element. Es befindet sich vor allem in Sternen und verschmilzt dort in einer sogenannt thermonuklearen Reaktion mit Helium. Diese Teilchenfusion setzt unglaublich grosse Mengen an Energie frei. 

Gewinnung und Verwendung von Wasserstoff

Wasserstoff kann gewonnen werden, indem man eine sogenannte Elektrolyse durchführt. Bei der Elektrolyse werden die Stoffe einer Verbindung getrennt. Bei der Elektrolyse von Wasser, sogenannt Wasserelektrolyse, wird dabei aus zwei Wassermolekülen ($$2H_2O$$) zwei Wasserstoffmoleküle ($$2H_2$$) und ein Sauerstoffmolekül ($$O_2$$) gewonnen. 

Der gewonnene Wasserstoff wird heutzutage vor allem in der chemischen Industrie verwendet. Dort nutzt man ihn zum Beispiel zur Herstellung von Stickstoffdünger, in Erdölraffinerien zur Reinigung und Veredelung von Mineralöl oder zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen.

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