Wasserstoff Unterabschnitte

Wasserstoff

Wasserstoff, Deuterium, Tritium

Wasserstoff kommt in drei Isotopen vor:
Anzahl der Nukleonen Name
1 Wasserstoff
2 Deuterium
3 Tritium

Ortho und Parawasserstoff

Im Wasserstoffmolekül $H_{2}$ gibt es zwei Wasserstoffatom-Kerne. Wegen der geringen Größe des Moleküls ist es für die chemischen Eigenschaften von Bedeutung, wenn auch von geringer, ob sich die Kerne parallel oder entgegengesetzt drehen.

Beim Parawasserstoff sind die Spins entgegengesetzt.

Beim Ortowasserstoff sind die Spins gleich.

Zwischen beiden Molekülformen gibt es ein Gleichgewicht, welches temperaturabhänig ist. Ortho und Parawasserstoff kann man mit Hilfe gaschromatographischer Trennung trennen.

Instatu nascendi

Dies ist der Zustand, in welchem sich die Wasserstoffatome noch nicht zu Molekülen zusammengesetzt haben. Er ist energiereicher als der molekulare Zustand. Er kann erreicht werden, indem man Wasserstoffmoleküle mit Mikrowellen anregt:

\begin{displaymath}H_{2}\rightarrow 2H\end{displaymath}

Man kann die Wasserstoffatome absaugen und einem Reaktionspartner zuführen. Die Zeit in der der Instatu nascendi vorherrscht reicht dazu.

Hohe Diffusionsgeschwindigkeit

Wasserstoff besitzt eine sehr hohe Diffusionsgeschwindigkeit, weshalb es sehr schnell durch jedes Material wegdiffundiert. Die hohe Diffusionsgeschwindigkeit ist auf die geringe Molekülmasse zurückzuführen.

Hohe Löslichkeit in Palladium

Wasserstoff löst sich sehr gut in dem Metall Palladium. Hier liegt es atomar gelöst vor. Das Verhältnis $Pd:H$ ist ca $1:100$.

Darstellung

  • Im Labor: $Zn+HCl\rightarrow ZnCl+\frac{1}{2}H_{2}$
  • $Na+H_{2}O\rightarrow NaOH+ \frac{1}{2}H_{2}$
  • Elektrolyse von Wasser unter $NaOH$-Zusatz, damit die Leitfähigkeit nicht verloren geht.
  • ... und viele weitere ...

Verwendungen

  • Schweißen: Wasserstoff und Sauerstoff im richtigen stöchometrischen Gemisch verbrannt ergeben eine sehr heiße Flamme, die sogar Stahl schmelzen kann. Diese Flamme wird deshalb zum Schweißen verwendet.
  • Herstellung von Ammoniak: Stickstoff und Wasserstoff reagieren im Haber-Bosch-Verfahren zu Ammoniak, welches ein wichtiger chemischer Rohstoff ist.
  • Brennstoffzelle: Wasserstoff kann mit Sauerstoff in einer Brennstoffzelle reagieren und dabei Strom erzeugen. Die Reaktion läuft dabei in $NaOH$-Lösung ab. Folgende Reaktionen laufen an den Elektroden ab:

    \begin{displaymath}Anode:\,\,\,2H_{2}+4OH^{-}\rightarrow 4H_{2}O+4e^{-}\end{displaymath}


    \begin{displaymath}Kathode:\,\,\,O_{2}+2H_{2}O+4e^{-}\rightarrow 4OH^{-}\end{displaymath}