Wasser und die Chemie des Lebens
Wasserstoff ist Bestandteil von Wasser und zahlreichen Biomolekülen. Seine Bindungen prägen Säure-Base-Reaktionen, Molekülstruktur und viele Prozesse des Stoffwechsels.
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Chemisches Element · Referenzseite
1H
Wasserstoff
Wasserstoff ist Element 1 (H) in Periode 1, Gruppe 1 und im s-Block. Bei Raumtemperatur ist der Referenzzustand gasförmig. Die Elektronenkonfiguration lautet 1s1.
Ordnungszahl1
Standard-Atomgewicht[1.00784, 1.00811]
Gruppe1
Periode1
Blocks
Elektronenkonfiguration1s1
Elektronenstruktur
Was seine Chemie bestimmt
Wasserstoff besitzt nur ein Elektron. Diese einfache Elektronenstruktur erlaubt sowohl kovalente Bindungen als auch chemische Formen, in denen Wasserstoff formal die Oxidationsstufe +1 oder −1 trägt.
Die Konfiguration 1s1 erklärt, warum zum Auffüllen der ersten Schale genau ein weiteres Elektron fehlt. Welche Bindung tatsächlich entsteht, hängt stark vom Reaktionspartner und von der chemischen Umgebung ab.
Chemische Formen
Verbindungen, Ionen und Materialien
Elementarer Wasserstoff liegt normalerweise als H₂-Molekül vor. In Verbindungen ist er Bestandteil von Wasser, Kohlenwasserstoffen, Säuren, Metallhydriden und sehr vielen organischen Molekülen.
Physikalisches Verhalten
Aggregatzustand und Phasenübergänge
Der Referenzzustand von Wasserstoff bei Raumtemperatur ist gasförmig. Zu den angegebenen Stoffdaten gehören Dichte: 0.0899 g/L; Schmelzpunkt: 13.84 K (-259.3 °C); Siedepunkt: 20.27 K (-252.9 °C). Messwerte können von Reinheit, Druck, Kristallstruktur oder allotroper Form abhängen.
Vorkommen und Anwendungen
Wo Wasserstoff vorkommt und wofür es verwendet wird
Auf der Erde kommt Wasserstoff überwiegend gebunden vor, besonders in Wasser und organischen Stoffen. Industriell ist er wichtig für die Ammoniaksynthese, Raffinerieprozesse und zunehmend als Energieträger.
In der Praxis
Konkrete Anwendungsbeispiele
Düngemittelherstellung
Wasserstoff ist Bestandteil der Chemie von Düngemitteln oder von industriellen Prozessen, mit denen pflanzenverfügbare Nährstoffe hergestellt werden.
Erdölraffination
Wasserstoff wird in Raffinerieprozessen eingesetzt, um Verunreinigungen zu entfernen oder Kraftstoffbestandteile chemisch umzuwandeln.
Position im Periodensystem
Was die Nachbarelemente zeigen
Wasserstoff steht in Periode 1, Gruppe 1 und im s-Block. Im dargestellten Ausschnitt liegen rechts davon Lithium, Beryllium. Solche Vergleiche zeigen, welche Eigenschaften sich innerhalb einer Periode oder Gruppe regelmäßig verändern und welche Besonderheiten das Element selbst besitzt.
Referenzdaten
Physikalische und atomare Eigenschaften
KlassifikationNichtmetall
Aggregatzustand bei RaumtemperaturGasförmig
Elektronenschalen1
Dichte0.0899 g/L
Schmelzpunkt13.84 K (-259.3 °C)
Siedepunkt20.27 K (-252.9 °C)
Pauling-Elektronegativität2.2
Erste Ionisierungsenergie1 312 kJ/mol
Elektronenaffinität72.77 kJ/mol
Die Werte beziehen sich, soweit anwendbar, auf das Element oder das neutrale Atom. Stoffdaten können von allotroper Form, Druck, Reinheit und Messbedingungen abhängen.
Geschichte
Entdeckung und Identifizierung
Die Entdeckung beziehungsweise Identifizierung von Wasserstoff wird mit Henry Cavendish verbunden. Entdeckung, Isolierung einer reinen Probe und Einordnung über die moderne Ordnungszahl erfolgten historisch nicht immer im selben Schritt.
Isotope und Atomgewicht
Wie die Isotopenzusammensetzung die Zahlen verändert
Das Standard-Atomgewicht wird als Intervall [1.00784, 1.00811] angegeben. Natürliche Isotopenverhältnisse können zwischen Proben leicht schwanken; eine einzelne Dezimalzahl würde diese reale Variation verdecken.
Isotope von Wasserstoff besitzen dieselbe Protonenzahl, unterscheiden sich aber in der Zahl der Neutronen. Dadurch ändern sich Atommasse und bei radioaktiven Isotopen auch Kernstabilität und Halbwertszeit.
Sicherheit
Umgang und Exposition
Die Gefährdung durch Wasserstoff hängt von chemischer Form, Dosis und Aufnahmeweg ab. Element, Ionen und Verbindungen können biologisch sehr unterschiedlich wirken; maßgeblich sind die Sicherheitsdaten der tatsächlich verwendeten Substanz.