Wasserstoff

Wasserstoff - chemisches Zeichen H (von hydrogenium = Wasserbildner), Ordnungszahl 1 - ist ein gasförmiges, farbloses und geruchloses chemisches Element aus der Elementgruppe der Nichtmetalle. Natürliche Isotope des Wasserstoffs sind Deuterium und Tritium.

Der Wasserstoff ist in vielerlei Hinsicht ein Element der Superlative: Als erstes Grundelement der Materie führt es das Periodensystem an; gleichzeitig war es nach heutigem Kenntnisstand - neben geringen Mengen an Helium - das einzige Element, das nach dem Urknall im Univerum vorhanden war; alle anderen chemischen Grundbausteine wurden erst später durch die Kernsynthese in den Sternen gebildet. Bis heute ist Wasserstoff das Häufigste der chemischen Elemente im gesamten Universum.

Wasserstoff ist das leichteste Element; auf der Erde ist es unter Normalbedingungen ein brennbares Gas aus Diwasserstoff-Molekülen H₂, das heisst, jeweils zwei Wasserstoffatome sind über eine chemische Bindung miteinander verbunden: H-H. Während im Weltall die größte Teil des Wasserstoffs ungebunden auftritt, sind die irdischen Vorkommen überwiegend in wasserstoffhaltigen chemischen Verbindungen gebunden, von denen das Wasser - chemisch Diwasserstoffoxid - die bekannteste ist. Freier Wasserstoff wird zum Beispiel bei Vulkanausbrüchen in die Atmosphäre freigesetzt.

Übersicht: Allgemeine Daten zum Wasserstoff

Bezeichnung:Wasserstoff Andere Namen:Hydrogenium Symbol:H Ordnungszahl:1 Atommasse:1,008 u Atommassen-Intervall:1,00784 - 1,00811 u Periodensystem-Stellung:1. Gruppe, 1. Hauptgruppe, 1. Periode, s-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Nichtmetalle. Entdeckung:1766 - Henry Cavendish. Bedeutung des Namens:Lateinisch: Hydrogenium = Wassererzeuger. Englischer Name:Hydrogen CAS-Nummer:1333-74-0 InChI-Key:UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N

Das Wasserstoff-Atom

Das H-Atom - und damit das chemische Element Wasserstoff - ist eindeutig durch das eine positiv geladene Proton im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Wasserstoff-Atom sorgt ein einzelnes Elektron.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Wasserstoff-Isotope bzw. Wasserstoff-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Wasserstoff-Vorkommen bestehen aus einem Isotopengemisch mit drei verschiedenen Nukliden; die relative Atommasse wird daher mit 1,008 u angegeben.

Elektronenkonfiguration

Elektronenkonfiguration des Wasserstoffs im ungeladenen Grundzustand:

Hydrogen

Symbol	OZ	Kurzform	1s
H	1	1s¹	1

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergie bzw. die Ionisierungsenergie IE auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um das bestimmtes Elektron von einem Wasserstoff-Atom vollständig zu trennen.

1. IE:

13,598433 eV

2. IE:

3. IE:

4. IE:

5. IE:

6. IE:

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Wasserstoff-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
13,5981

Weitere Daten

Atomradius:53 pm (berechnet)
25 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:31(5) pm (nach Cordero et al.)
32 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.) Van-der-Waals-Radius:109 pm Molvolumen:22,4135 L mol^-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ω_K: 0,00002; ω_L1: ; ω_L2: ; ω_L3: Termsymbol:²S_1/2

Spektrallinien des Wasserstoffs

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Wasserstoffs mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Chemische Daten

Elektronegativität:2,20 nach Pauling
2,20 nach Allred-Rochow
2,300 nach Allen
2,8 nach Mulliken
2,31 nach Sanderson
7,1862 eV nach Gosh-Gupta
7,18 eV nach PearsonElektronaffinität:0,754 195(19) eV bzw. 72,769(2) kJ mol^-1Oxidationsstufen:+ 1, - 1

Standardpotentiale

Normalpotential des Wasserstoffs:

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-2,25	0	Wasserstoff	H₂ (g)	+ 2 e^-	⇔	2 H^-	Hydrid-Anion	- I
-0,8277	+ I	Wasser	2 H₂O (l)	+ 2 e^-	⇔	H₂ (g) + 2 OH^-	Wasserstoff	0
0	+ I	Proton	2 H⁺	+ 2 e^-	⇔	H₂ (g)	Wasserstoff	0

Material- und physikalische Eigenschaften des Wasserstoffs

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Wasserstoffs auf.

Schmelzpunkt:- 259,16 °C Schmelzenthalpie (molar):0,117 kJ mol^-1 Siedepunkt:- 252,879 °C Verdampfungsenthalpie:0,46 kJ mol^-1 Wärmekapazität:H₂: 28,836 J mol^-1 K^-1
atomar: 20,8 J mol^-1 K^-1 (molar)
14304 J g^-1 K^-1 (spezifisch) (Diwasserstoff bei 25 °C) Debye-Temperatur:122 K Thermische Leitfähigkeit:0,1805 W m^-1 K^-1 Dichte:0,08988 g L ^-1; 0°C; 101,325 kPa, H₂
0,07 g cm^-3 (flüssig am Schmelzpunkt) Kompressionsmodul (isotherm):0,2 GPa 4 K Kompressibilität (isotherm):5 GPa^-1 4 K Kritischer Punkt:-240,212 °C; 1,2858 MPa Tripelpunkt:-259,3467 °C; 7,041 kPa Kristallstruktur:hexagonal Magnetismus:diamagnetisch Schallgeschwindigkeit:1270 m s^-1 bei 27 °C (Gas) Standard-Bildungsenthalpie:atomar: 218,0 kJ mol^-1 (gasförmig) Gibbs Freie Enthalpie:atomar: 203,3 kJ mol^-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:H₂: 130,7 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)
atomar: 114,7 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)

Externe Informationsangebote

Informationen, Daten zum Element

Wasserstoff-Herstellung
Methoden der industriellen Wasserstofferzeugung - Format: PDF

Atome, Orbitale, Radiochemie

Schrödingergleichung und Wasserstoffatom
Vorlesungsmaterialien. Universität Kiel

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Das Wasserstoffatom im Bild - 3D Visualisierungen des Wasserstoffatoms 3D Animationen atomarer Übergänge Bilder, Videos und Programme rund um die Quantenmechanik und das Wasserstoffatom. Universität Karlsruhe

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Energiezustände und die radiale Wellenfunktion
... des Wasserstoffatoms. TU Braunschweig

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Vorlesungsmaterielien zur Physik des Wasserstoffs. Physikon

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sowie musikalische Transkription der Wasserstoffspektren. Die physikalischen Grundlagen zur Anhörung der Quantentheorie. Umfangreiche Informationssammlung

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Vorlesungsmaterialien - Format: PDF

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Experimente auf Video. T. Seilnacht

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Praktikumsskript + theoretische Grundlagen. TU Dresden - Format: PDF

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International Journal of Hydrogen Energy
Die Zeitschrift bietet Wissenschaftlern und Ingenieuren auf der ganzen Welt ein zentrales Instrument für den Austausch und die Verbreitung grundlegender Ideen auf dem Gebiet der Wasserstoffenergie und -erzeugung. Elsevier - [e]

Dissertationen

Segregation von Wasserstoff und Deuterium an Versetzungen in Palladium
Dissertation, 2000. Universität Göttingen

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Wasserstoffatomdynamik in Radikalen, Clustern und Biomolekülen. Dissertation, 2005. Universität Würzburg

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Direkte Beobachtung von Knotenstrukturen in elektronischen Zuständen des Wasserstoffatos.

Organisationen, Verbände

American Hydrogen Association
AHA - [e]

Deutscher Wasserstoff und Brennstoffzellen-Verband e.V.
Dachorganisation für den Energieträger Wasserstoff

European Hydrogen Association
EHA - [e]

Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 30.04.2020.

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