Die Bedeutung des chemischen Elements Wasserstoff. Wasserstoff. Physikalische und chemische Eigenschaften, Zubereitung

Wasserstoff ist die Nummer eins im Periodensystem, und zwar in den Gruppen I und VII gleichzeitig. Das Symbol für Wasserstoff ist H (lat. Hydrogenium). Es ist ein sehr leichtes Gas, farblos und geruchlos. Es gibt drei Wasserstoffisotope: 1H – Protium, 2H – Deuterium und 3H – Tritium (radioaktiv). Luft oder Sauerstoff ist bei Reaktion mit einfachem Wasserstoff H₂ leicht entzündlich und auch explosiv. Wasserstoff emittiert keine giftigen Produkte. Es ist in Ethanol und einer Reihe von Metallen (insbesondere der Nebengruppe) löslich.

Wasserstoffreichtum auf der Erde

Wasserstoff ist wie Sauerstoff von großer Bedeutung. Doch im Gegensatz zu Sauerstoff ist fast der gesamte Wasserstoff an andere Stoffe gebunden. Es kommt in freiem Zustand nur in der Atmosphäre vor, seine Menge ist dort jedoch äußerst unbedeutend. Wasserstoff ist Bestandteil fast aller organischen Verbindungen und lebenden Organismen. Am häufigsten liegt es in Form eines Oxids vor – Wasser.

Physikalisch-chemische Eigenschaften

Wasserstoff ist inaktiv und reagiert beim Erhitzen oder in Gegenwart von Katalysatoren mit fast allen einfachen und komplexen chemischen Elementen.

Reaktion von Wasserstoff mit einfachen chemischen Elementen

Bei erhöhten Temperaturen reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff, Schwefel, Chlor und Stickstoff. Sie erfahren, welche Experimente mit Gasen zu Hause durchgeführt werden können.

Erfahrung mit der Wechselwirkung von Wasserstoff mit Sauerstoff unter Laborbedingungen

Nehmen wir reinen Wasserstoff, der durch das Gasaustrittsrohr kommt, und zünden wir ihn an. Es brennt mit einer kaum wahrnehmbaren Flamme. Wenn Sie ein Wasserstoffrohr in ein beliebiges Gefäß stellen, brennt es weiter und es bilden sich Wassertropfen an den Wänden. Dieser Sauerstoff reagierte mit Wasserstoff:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + Q

Bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht viel Wärmeenergie. Die Temperatur der Verbindung von Sauerstoff und Wasserstoff erreicht 2000 °C. Sauerstoff oxidiert Wasserstoff, daher wird diese Reaktion als Oxidationsreaktion bezeichnet.

Unter normalen Bedingungen (ohne Erhitzen) verläuft die Reaktion langsam. Und bei Temperaturen über 550 °C kommt es zu einer Explosion (es entsteht das sogenannte Knallgas). Früher wurde in Ballons häufig Wasserstoff verwendet, allerdings kam es aufgrund der Bildung von Knallgas zu vielen Unfällen. Die Integrität der Kugel wurde verletzt und es kam zu einer Explosion: Wasserstoff reagierte mit Sauerstoff. Daher wird heute Helium verwendet, das periodisch mit einer Flamme erhitzt wird.

Chlor reagiert mit Wasserstoff zu Chlorwasserstoff (nur in Gegenwart von Licht und Wärme). Die chemische Reaktion von Wasserstoff und Chlor sieht folgendermaßen aus:

H₂ + Cl₂ = 2HCl

Interessante Tatsache: Die Reaktion von Fluor mit Wasserstoff führt auch bei Dunkelheit und Temperaturen unter 0 °C zu einer Explosion.

Die Wechselwirkung von Stickstoff mit Wasserstoff kann nur beim Erhitzen und in Gegenwart eines Katalysators erfolgen. Bei dieser Reaktion entsteht Ammoniak. Reaktionsgleichung:

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃

Bei der Reaktion von Schwefel und Wasserstoff entsteht ein Gas – Schwefelwasserstoff. Das Ergebnis ist ein Geruch nach faulen Eiern:

H₂ + S = H₂S

Wasserstoff löst sich nicht nur in Metallen, sondern kann auch mit ihnen reagieren. Dadurch entstehen Verbindungen, die als Hydride bezeichnet werden. Einige Hydride werden als Treibstoff in Raketen verwendet. Sie werden auch zur Erzeugung von Kernenergie genutzt.

Reaktion mit komplexen chemischen Elementen

Zum Beispiel Wasserstoff mit Kupferoxid. Nehmen wir eine Röhre mit Wasserstoff und leiten wir sie durch das Kupferoxidpulver. Die gesamte Reaktion findet beim Erhitzen statt. Schwarzes Kupferpulver wird bräunlichrot (einfache Kupferfarbe). Auch an den unbeheizten Stellen des Kolbens bilden sich Flüssigkeitströpfchen – diese haben sich gebildet.

Chemische Reaktion:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Wie wir sehen können, reagierte Wasserstoff mit dem Oxid und reduzierte Kupfer.

Erholungsreaktionen

Entfernt ein Stoff bei einer Reaktion ein Oxid, handelt es sich um ein Reduktionsmittel. Am Beispiel der Reaktion von Kupferoxid mit Wasserstoff sehen wir, dass Wasserstoff ein Reduktionsmittel war. Es reagiert auch mit einigen anderen Oxiden wie HgO, MoO₃ und PbO. Wenn bei jeder Reaktion eines der Elemente ein Oxidationsmittel ist, ist das andere ein Reduktionsmittel.

Alle Wasserstoffverbindungen

Wasserstoffverbindungen mit Nichtmetallen- sehr flüchtige und giftige Gase (zum Beispiel Schwefelwasserstoff, Silan, Methan).

Halogenwasserstoffe- Am häufigsten wird Chlorwasserstoff verwendet. Beim Auflösen entsteht Salzsäure. Zu dieser Gruppe gehören auch: Fluorwasserstoff, Jodwasserstoff und Bromwasserstoff. Alle diese Verbindungen führen zur Bildung der entsprechenden Säuren.

Wasserstoffperoxid(chemische Formel H₂O₂) weist stark oxidierende Eigenschaften auf.

Wasserstoffhydroxide oder Wasser H₂O.

Hydride- das sind Verbindungen mit Metallen.

Hydroxide- das sind Säuren, Basen und andere Verbindungen, die Wasserstoff enthalten.

Organische Verbindungen: Proteine, Fette, Lipide, Hormone und andere.

Wasserstoff (H) ist ein sehr leichtes chemisches Element mit einem Anteil von 0,9 Gewichtsprozent in der Erdkruste und 11,19 Gewichtsprozent im Wasser.

Eigenschaften von Wasserstoff

Es ist das erste Gas unter den Gasen in der Leichtigkeit. Unter normalen Bedingungen ist es geschmacks-, farb- und absolut geruchlos. Beim Eintritt in die Thermosphäre fliegt es aufgrund seines geringen Gewichts in den Weltraum.

Im gesamten Universum ist es das zahlreichste chemische Element (75 % der Gesamtmasse der Stoffe). So sehr, dass viele Sterne im Weltraum vollständig daraus bestehen. Zum Beispiel die Sonne. Sein Hauptbestandteil ist Wasserstoff. Und Wärme und Licht entstehen durch die Freisetzung von Energie, wenn die Kerne eines Materials verschmelzen. Auch im Weltraum gibt es ganze Wolken seiner Moleküle unterschiedlicher Größe, Dichte und Temperatur.

Physikalische Eigenschaften

Hohe Temperaturen und hoher Druck verändern seine Eigenschaften erheblich, aber unter normalen Bedingungen:

Im Vergleich zu anderen Gasen weist es eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf.

Ungiftig und schwer wasserlöslich,

Mit einer Dichte von 0,0899 g/l bei 0°C und 1 atm.

Verflüssigt sich bei einer Temperatur von -252,8 °C

Wird bei -259,1°C hart,

Spezifische Verbrennungswärme 120,9.106 J/kg.

Um es flüssig oder fest zu machen, sind ein hoher Druck und sehr niedrige Temperaturen erforderlich. Im verflüssigten Zustand ist es flüssig und leicht.

Chemische Eigenschaften

Unter Druck und beim Abkühlen (-252,87 °C) nimmt Wasserstoff einen flüssigen Zustand an, der leichter ist als jedes Analogon. Es nimmt darin weniger Platz ein als in gasförmiger Form.

Es ist ein typisches Nichtmetall. In Laboren wird es durch die Reaktion von Metallen (wie Zink oder Eisen) mit verdünnten Säuren hergestellt. Unter normalen Bedingungen ist es inaktiv und reagiert nur mit aktiven Nichtmetallen. Wasserstoff kann Sauerstoff aus Oxiden trennen und Metalle aus Verbindungen reduzieren. Es und seine Gemische bilden mit bestimmten Elementen Wasserstoffbrückenbindungen.

Das Gas ist in Ethanol und in vielen Metallen, insbesondere Palladium, gut löslich. Silber löst es nicht auf. Wasserstoff kann bei der Verbrennung in Sauerstoff oder Luft sowie bei der Wechselwirkung mit Halogenen oxidiert werden.

Bei der Verbindung mit Sauerstoff entsteht Wasser. Bei normaler Temperatur läuft die Reaktion langsam ab, liegt sie über 550 °C, explodiert es (es entsteht Knallgas).

Wasserstoff in der Natur finden

Obwohl es auf unserem Planeten jede Menge Wasserstoff gibt, ist er in reiner Form nicht leicht zu finden. Bei Vulkanausbrüchen, bei der Ölförderung und bei der Zersetzung organischer Stoffe kann ein kleiner Teil davon gefunden werden.

Mehr als die Hälfte der Gesamtmenge ist in der Zusammensetzung mit Wasser enthalten. Es ist auch in der Struktur von Öl, verschiedenen Tonen, brennbaren Gasen, Tieren und Pflanzen enthalten (die Präsenz in jeder lebenden Zelle beträgt 50 % der Anzahl der Atome).

Wasserstoffkreislauf in der Natur

Jedes Jahr zersetzt sich eine riesige Menge (Milliarden Tonnen) Pflanzenreste in Gewässern und Böden, und durch diese Zersetzung wird eine riesige Menge Wasserstoff in die Atmosphäre freigesetzt. Es wird auch bei der Gärung durch Bakterien und bei der Verbrennung freigesetzt und ist zusammen mit Sauerstoff am Wasserkreislauf beteiligt.

Wasserstoffanwendungen

Das Element wird von der Menschheit bei ihren Aktivitäten aktiv genutzt, daher haben wir gelernt, es im industriellen Maßstab zu gewinnen für:

Meteorologie, chemische Produktion;

Margarineproduktion;

Als Raketentreibstoff (flüssiger Wasserstoff);

Elektrizitätsindustrie zur Kühlung elektrischer Generatoren;

Schweißen und Schneiden von Metallen.

Bei der Herstellung von synthetischem Benzin (zur Verbesserung der Qualität minderwertiger Kraftstoffe), Ammoniak, Chlorwasserstoff, Alkoholen und anderen Materialien wird viel Wasserstoff verwendet. Die Kernenergie nutzt aktiv ihre Isotope.

Das Medikament „Wasserstoffperoxid“ wird häufig in der Metallurgie, der Elektronikindustrie, der Zellstoff- und Papierproduktion, zum Bleichen von Leinen- und Baumwollstoffen, zur Herstellung von Haarfärbemitteln und Kosmetika, Polymeren und in der Medizin zur Wundbehandlung eingesetzt.

Die „explosive“ Natur dieses Gases kann zu einer tödlichen Waffe werden – einer Wasserstoffbombe. Seine Explosion geht mit der Freisetzung einer großen Menge radioaktiver Stoffe einher und ist zerstörerisch für alle Lebewesen.

Der Kontakt von flüssigem Wasserstoff und der Haut kann zu schweren und schmerzhaften Erfrierungen führen.

Wasserstoff ist ein besonderes Element, das im Periodensystem von Mendelejew zwei Zellen gleichzeitig einnimmt. Es befindet sich in zwei Gruppen von Elementen, die gegensätzliche Eigenschaften haben, und diese Eigenschaft macht es einzigartig. Wasserstoff ist ein einfacher Stoff und integraler Bestandteil vieler komplexer Verbindungen; er ist ein organogenes und biogenes Element. Es lohnt sich, sich ausführlich mit seinen Hauptmerkmalen und Eigenschaften vertraut zu machen.

Wasserstoff im Periodensystem von Mendelejew

Die Hauptmerkmale von Wasserstoff sind angegeben in:

• die Seriennummer des Elements ist 1 (es gibt die gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen);
• Atommasse beträgt 1,00795;
• Wasserstoff hat drei Isotope, von denen jedes besondere Eigenschaften hat;
• aufgrund des Gehalts von nur einem Elektron ist Wasserstoff in der Lage, reduzierende und oxidierende Eigenschaften zu zeigen, und nach der Abgabe eines Elektrons verfügt Wasserstoff über ein freies Orbital, das an der Bildung chemischer Bindungen gemäß dem Donor-Akzeptor-Mechanismus beteiligt ist;
• Wasserstoff ist ein leichtes Element mit geringer Dichte;
• Wasserstoff ist ein starkes Reduktionsmittel, es öffnet die Gruppe der Alkalimetalle in der ersten Gruppe zur Hauptuntergruppe;
• Wenn Wasserstoff mit Metallen und anderen starken Reduktionsmitteln reagiert, nimmt er deren Elektron auf und wird zu einem Oxidationsmittel. Solche Verbindungen werden Hydride genannt. Aufgrund dieser Eigenschaft gehört Wasserstoff herkömmlicherweise zur Gruppe der Halogene (in der Tabelle ist Fluor in Klammern angegeben), mit der er ähnlich ist.

Wasserstoff als einfacher Stoff

Wasserstoff ist ein Gas, dessen Molekül aus zwei besteht. Diese Substanz wurde 1766 vom britischen Wissenschaftler Henry Cavendish entdeckt. Er bewies, dass Wasserstoff ein Gas ist, das explodiert, wenn es mit Sauerstoff reagiert. Nach der Untersuchung von Wasserstoff stellten Chemiker fest, dass diese Substanz die leichteste aller bekannten Substanzen ist.

Ein anderer Wissenschaftler, Lavoisier, gab dem Element den Namen „Hydrogenium“, was aus dem Lateinischen übersetzt „Wasser hervorbringend“ bedeutet. Im Jahr 1781 bewies Henry Cavendish, dass Wasser eine Kombination aus Sauerstoff und Wasserstoff ist. Mit anderen Worten: Wasser ist das Produkt der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff. Die brennbaren Eigenschaften von Wasserstoff waren den antiken Wissenschaftlern bekannt: Die entsprechenden Aufzeichnungen wurden von Paracelsus hinterlassen, der im 16. Jahrhundert lebte.

Molekularer Wasserstoff ist eine in der Natur vorkommende, gasförmige Verbindung, die aus zwei Atomen besteht und, wenn sie an die Oberfläche gebracht wird, zu einem brennenden Splitter wird. Ein Wasserstoffmolekül kann in Atome zerfallen, die sich in Heliumkerne verwandeln, da sie an Kernreaktionen teilnehmen können. Solche Prozesse finden regelmäßig im Weltraum und auf der Sonne statt.

Wasserstoff und seine physikalischen Eigenschaften

Wasserstoff hat folgende physikalische Parameter:

• siedet bei -252,76 °C;
• schmilzt bei -259,14 °C; *Wasserstoff ist innerhalb der angegebenen Temperaturgrenzen eine geruchlose, farblose Flüssigkeit;
• Wasserstoff ist in Wasser schwer löslich;
• Wasserstoff kann theoretisch unter besonderen Bedingungen (niedrige Temperaturen und hoher Druck) in einen metallischen Zustand übergehen;
• reiner Wasserstoff ist ein explosiver und brennbarer Stoff;
• Wasserstoff kann durch die Dicke von Metallen diffundieren und löst sich daher gut darin auf;
• Wasserstoff ist 14,5-mal leichter als Luft;
• Bei hohem Druck können schneeartige Kristalle aus festem Wasserstoff erhalten werden.

Chemische Eigenschaften von Wasserstoff

Labormethoden:

• Wechselwirkung verdünnter Säuren mit aktiven Metallen und Metallen mittlerer Aktivität;
• Hydrolyse von Metallhydriden;
• Reaktion von Alkali- und Erdalkalimetallen mit Wasser.

Wasserstoffverbindungen:

Halogenwasserstoffe; flüchtige Wasserstoffverbindungen von Nichtmetallen; Hydride; Hydroxide; Wasserstoffhydroxid (Wasser); Wasserstoffperoxid; organische Verbindungen (Proteine, Fette, Kohlenwasserstoffe, Vitamine, Lipide, ätherische Öle, Hormone). Klicken Sie hier, um sichere Experimente zur Untersuchung der Eigenschaften von Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten anzuzeigen.

Um den erzeugten Wasserstoff aufzufangen, müssen Sie das Reagenzglas auf den Kopf stellen. Wasserstoff kann nicht wie Kohlendioxid gesammelt werden, da er viel leichter als Luft ist. Wasserstoff verdampft schnell und explodiert, wenn er mit Luft vermischt wird (oder in großen Ansammlungen). Daher ist es notwendig, das Reagenzglas umzudrehen. Unmittelbar nach dem Befüllen wird die Tube mit einem Gummistopfen verschlossen.

Um die Reinheit von Wasserstoff zu testen, müssen Sie ein brennendes Streichholz an den Hals des Reagenzglases halten. Tritt ein dumpfer und leiser Knall auf, ist das Gas sauber und die Luftverunreinigungen minimal. Ist die Watte laut und pfeifend, ist das Gas im Reagenzglas verschmutzt und enthält einen großen Anteil an Fremdbestandteilen.

Aufmerksamkeit! Versuchen Sie nicht, diese Experimente selbst zu wiederholen!

Chemische Eigenschaften von Wasserstoff

Unter normalen Bedingungen ist molekularer Wasserstoff relativ wenig aktiv und verbindet sich direkt nur mit den aktivsten Nichtmetallen (mit Fluor und im Licht mit Chlor). Beim Erhitzen reagiert es jedoch mit vielen Elementen.

Wasserstoff reagiert mit einfachen und komplexen Stoffen:

Bei hoher Temperatur reagiert Wasserstoff direkt mit einigen Metallen(Alkali, Erdalkali und andere), die weiße kristalline Substanzen bilden - Metallhydride (Li H, Na H, KH, CaH 2 usw.):

H 2 + 2Li = 2LiH

Metallhydride zersetzen sich leicht durch Wasser unter Bildung des entsprechenden Alkalis und Wasserstoffs:

Ca H 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

1). Mit Sauerstoff Wasserstoff bildet Wasser:

Video „Wasserstoffverbrennung“

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q

Bei normalen Temperaturen verläuft die Reaktion äußerst langsam, oberhalb von 550°C – mit Explosion (eine Mischung aus 2 Volumina H 2 und 1 Volumen O 2 wird genannt explosives Gas) .

Video „Explosion von Knallgas“

Video „Herstellung und Explosion eines explosiven Gemisches“

2). Mit Halogenen Wasserstoff bildet beispielsweise Halogenwasserstoffe:

H 2 + Cl 2 = 2HCl

Gleichzeitig explodiert Wasserstoff mit Fluor (auch im Dunkeln und bei -252°C), reagiert mit Chlor und Brom nur bei Beleuchtung oder Erhitzen und mit Jod nur bei Erhitzen.

3). Mit Stickstoff Wasserstoff reagiert zu Ammoniak:

ZN 2 + N 2 = 2NH 3

nur an einem Katalysator und bei erhöhten Temperaturen und Drücken.

4). Beim Erhitzen reagiert Wasserstoff heftig mit Schwefel:

H 2 + S = H 2 S (Schwefelwasserstoff),

viel schwieriger ist es bei Selen und Tellur.

5). Mit reinem Kohlenstoff Wasserstoff kann ohne Katalysator nur bei hohen Temperaturen reagieren:

2H 2 + C (amorph) = CH 4 (Methan)

- Wasserstoff unterliegt einer Substitutionsreaktion mit Metalloxiden Dabei entsteht Wasser in den Produkten und das Metall wird reduziert. Wasserstoff – weist die Eigenschaften eines Reduktionsmittels auf:

Wasserstoff wird verwendet zur Rückgewinnung vieler Metalle, da es ihren Oxiden Sauerstoff entzieht:

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 O usw.

Anwendungen von Wasserstoff

Video „Wasserstoff nutzen“

Derzeit wird Wasserstoff in großen Mengen produziert. Ein sehr großer Teil davon wird bei der Ammoniaksynthese, der Hydrierung von Fetten sowie bei der Hydrierung von Kohle, Ölen und Kohlenwasserstoffen verwendet. Darüber hinaus wird Wasserstoff zur Synthese von Salzsäure, Methylalkohol, Blausäure, beim Schweißen und Schmieden von Metallen sowie bei der Herstellung von Glühlampen und Edelsteinen verwendet. Wasserstoff wird in Flaschen unter einem Druck von über 150 atm verkauft. Sie sind dunkelgrün lackiert und tragen eine rote Aufschrift „Hydrogen“.

Wasserstoff wird verwendet, um flüssige Fette in feste Fette umzuwandeln (Hydrierung), wobei durch Hydrierung von Kohle und Heizöl flüssiger Kraftstoff entsteht. In der Metallurgie wird Wasserstoff als Reduktionsmittel für Oxide oder Chloride zur Herstellung von Metallen und Nichtmetallen (Germanium, Silizium, Gallium, Zirkonium, Hafnium, Molybdän, Wolfram usw.) verwendet.

Die praktischen Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff sind vielfältig: Meist wird er zum Befüllen von Sondenballons verwendet, in der chemischen Industrie dient er als Rohstoff für die Herstellung vieler sehr wichtiger Produkte (Ammoniak etc.), in der Lebensmittelindustrie – für die Produktion von festen Fetten aus Pflanzenölen usw. Hochtemperatur (bis zu 2600 °C), gewonnen durch Verbrennung von Wasserstoff in Sauerstoff, wird zum Schmelzen von hochschmelzenden Metallen, Quarz usw. verwendet. Flüssiger Wasserstoff ist einer der effizientesten Flugtreibstoffe. Der jährliche globale Wasserstoffverbrauch übersteigt 1 Million Tonnen.

SIMULATOREN

Nr. 2. Wasserstoff

ZUTEILUNGSAUFGABEN

WASSERSTOFF (lateinisch Hydrogenium), H, chemisches Element der Gruppe VII der Kurzform (Gruppe 1 der Langform) des Periodensystems; Ordnungszahl 1, Atommasse 1,00794; Nichtmetall. In der Natur gibt es zwei stabile Isotope: Protium 1H (99,985 Massen-%) und Deuterium D oder 2H (0,015 %). Künstlich hergestelltes radioaktives Tritium 3 H oder T (ß-Zerfall, T 1/2 12,26 Jahre) entsteht in der Natur in vernachlässigbaren Mengen in den oberen Schichten der Atmosphäre durch die Wechselwirkung der kosmischen Strahlung hauptsächlich mit N und O Kerne. Künstlich gewonnene extrem instabile radioaktive Isotope 4 H, 5 H, 6 H.

Historische Referenz. Wasserstoff wurde erstmals 1766 von G. Cavendish untersucht und er nannte ihn „brennbare Luft“. Im Jahr 1787 zeigte A. Lavoisier, dass dieses Gas beim Verbrennen Wasser bildet, nahm es in die Liste der chemischen Elemente auf und schlug den Namen Hydrogène vor (aus dem Griechischen: δωρ – Wasser und γενν?ω – gebären).

Vorkommen in der Natur. Der Wasserstoffgehalt in der atmosphärischen Luft beträgt 3,5–10 Massen-%, in der Erdkruste 1 %. Das wichtigste Wasserstoffreservoir auf der Erde ist Wasser (11,19 Masse-% Wasserstoff). Wasserstoff ist ein biogenes Element und Teil von Verbindungen, die Kohle, Öl, natürliche brennbare Gase, viele Mineralien usw. bilden. Im erdnahen Raum bildet Wasserstoff in Form eines Protonenstroms den inneren Strahlungsgürtel der Erde. Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Weltraum; In Form von Plasma macht es etwa 70 % der Masse der Sonne und der Sterne aus, der Großteil des interstellaren Mediums und der Gasnebel kommt in der Atmosphäre einer Reihe von Planeten in Form von H 2, CH 4 vor. NH 3, H 2 O usw.

Eigenschaften. Die Konfiguration der Elektronenhülle des Wasserstoffatoms ist 1s 1; in Verbindungen weist die Oxidationsstufen +1 und -1 auf. Pauling-Elektronegativität 2,1; Radien (pm): atomar 46, kovalent 30, van der Waals 120; Ionisierungsenergie Н°→ Н + 1312,0 kJ/mol. Im freien Zustand bildet Wasserstoff ein zweiatomiges H 2 -Molekül, der Kernabstand beträgt 76 pm, die Dissoziationsenergie beträgt 432,1 kJ/mol (0 K). Abhängig von der relativen Ausrichtung der Kernspins gibt es ortho-Wasserstoff (parallele Spins) und para-Wasserstoff (antiparallele Spins), die sich in magnetischen, optischen und thermischen Eigenschaften unterscheiden und normalerweise im Verhältnis 3:1 vorliegen; Die Umwandlung von para-Wasserstoff in ortho-Wasserstoff erfordert 1418 J/mol Energie.

Wasserstoff ist ein farb-, geschmacks- und geruchloses Gas; t PL -259,19 °C, t KIP -252,77 °C. Wasserstoff ist das leichteste und wärmeleitendste aller Gase: Bei 273 K beträgt die Dichte 0,0899 kg/m 3, die Wärmeleitfähigkeit 0,1815 W/(m K). Nicht in Wasser löslich; löst sich gut in vielen Metallen (am besten in Pd – bis zu 850 Vol.-%); diffundiert durch viele Materialien (z. B. Stahl). Brennt an der Luft und bildet explosionsfähige Gemische. Fester Wasserstoff kristallisiert in einem hexagonalen Gitter; Bei Drücken über 10 4 MPa ist ein Phasenübergang unter Bildung einer aus Atomen aufgebauten Struktur mit metallischen Eigenschaften möglich – dem sogenannten metallischen Wasserstoff.

Wasserstoff geht mit vielen Elementen Verbindungen ein. Mit Sauerstoff bildet es Wasser (bei Temperaturen über 550 °C geht die Reaktion mit einer Explosion einher), mit Stickstoff Ammoniak, mit Halogenen Halogenwasserstoffe, mit Metallen, intermetallischen Verbindungen sowie vielen Nichtmetallen (z. B. Chalkogene) - Hydride, mit Kohlenstoff - Kohlenwasserstoffe. Von praktischer Bedeutung sind Reaktionen mit CO (siehe Synthesegas). Wasserstoff reduziert die Oxide und Halogenide vieler Metalle zu Metallen und ungesättigte Kohlenwasserstoffe zu gesättigten (siehe Hydrierung). Der Kern des Wasserstoffatoms – das H+-Proton – bestimmt die sauren Eigenschaften von Verbindungen. In wässrigen Lösungen bildet H + mit einem Wassermolekül das Hydroniumion H 3 O +. In den Molekülen verschiedener Verbindungen neigt Wasserstoff dazu, mit vielen elektronegativen Elementen Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden.

Anwendung. Wasserstoffgas wird bei der industriellen Synthese von Ammoniak, Salzsäure, Methanol und höheren Alkoholen, synthetischen Flüssigkraftstoffen usw. zur Hydrierung von Fetten und anderen organischen Verbindungen verwendet; bei der Ölraffinierung – zum Hydrotreating und Hydrocracken von Ölfraktionen; in der Metallurgie – um Metalle (zum Beispiel W, Mo, Re aus ihren Oxiden und Fluoriden) zu gewinnen, um bei der Verarbeitung von Metallen und Legierungen eine schützende Umgebung zu schaffen; bei der Herstellung von Quarzglasprodukten unter Verwendung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme, zum Atom-Wasserstoff-Schweißen von feuerfesten Stählen und Legierungen usw., als Traggas für Ballons. Flüssiger Wasserstoff ist ein Treibstoff in der Raketen- und Raumfahrttechnik; auch als Kältemittel verwendet.

Informationen zu den wichtigsten Produktionsmethoden sowie der Speicherung, dem Transport und der Nutzung von Wasserstoff als Energieträger finden Sie unter Wasserstoffenergie.

Zündete. siehe Art. Wasserstoffenergie.