Chemisch element · referentiefiche

Waterstof

Waterstof (H) is element 1 van het periodiek systeem. Het is een niet-metaal uit periode 1 met één elektron en vormt onder gewone omstandigheden H₂-gas. Die eenvoudige elektronenstructuur ligt aan de basis van een uitzonderlijk brede chemie.

Atoomnummer1

Standaard atoomgewicht[1.00784, 1.00811]

Groep1

Periode1

Bloks

Elektronenconfiguratie1s1

Elektronenstructuur

Wat bepaalt de chemie?

Waterstof heeft één elektron en geen binnenste elektronenlaag. Daardoor kan het elektron delen in covalente bindingen, worden afgestaan of in sommige verbindingen extra elektronendichtheid opnemen. Het gedrag wijkt daarom af van dat van de gewone alkalimetalen.

Voor waterstof bepaalt de configuratie 1s1 welke elektronen aan binding deelnemen. De kleine atoomgrootte en de mogelijkheid om zowel polaire als apolaire bindingen te vormen verklaren een groot deel van de uiteenlopende chemie.

Chemische vormen

Verbindingen, ionen en materialen

Elementair waterstof bestaat onder gewone omstandigheden uit H₂-moleculen. In verbindingen komt waterstof voor in water, zuren, hydriden en organische moleculen; de binding kan van sterk polair tot vrijwel apolair variëren.

Fysisch gedrag

Toestand en faseovergangen

Bij kamertemperatuur is de referentietoestand gas. De vermelde dichtheid is 0.0899 g/L. Het smeltpunt is 13.84 K (-259.3 °C). Het kookpunt is 20.27 K (-252.9 °C). Druk, zuiverheid en kristalstructuur kunnen gemeten waarden verschuiven; bij elementen met meerdere allotropen kan ook de structuur zelf een duidelijk verschil maken.

Voorkomen en toepassingen

Waar waterstof voorkomt en wordt gebruikt

Op aarde zit waterstof vooral in verbindingen zoals water en organische moleculen. Industrieel is het belangrijk voor ammoniakproductie, olieraffinage en als energiedrager, onder meer in brandstofcellen.

In de praktijk

Concrete toepassingen

Water en de chemie van het leven

Waterstof speelt een rol bij water en de chemie van het leven. De relevante eigenschap hangt af van de chemische vorm, samenstelling en het materiaal of proces waarin het element wordt gebruikt.

Kunstmestproductie

Waterstof speelt een rol bij kunstmestproductie. De relevante eigenschap hangt af van de chemische vorm, samenstelling en het materiaal of proces waarin het element wordt gebruikt.

Olieraffinage

Waterstof speelt een rol bij olieraffinage. De relevante eigenschap hangt af van de chemische vorm, samenstelling en het materiaal of proces waarin het element wordt gebruikt.

Positie in het periodiek systeem

Wat de naburige elementen laten zien

Waterstof staat in periode 1, groep 1 en het s-blok. De getoonde omgeving bevat onder meer Lithium, Beryllium. Vergelijking met deze elementen helpt trends in atoomgrootte, ionisatie-energie, elektronegativiteit en binding langs het periodiek systeem te volgen.

Referentiegegevens

Fysische en atomaire eigenschappen

Classificatiediatomisch niet-metaal

Toestand bij kamertemperatuurgas

Elektronenschillen1

Dichtheid0.0899 g/L

Smeltpunt13.84 K (-259.3 °C)

Kookpunt20.27 K (-252.9 °C)

Pauling-elektronegativiteit2.2

Eerste ionisatie-energie1 312 kJ/mol

Elektronenaffiniteit72.77 kJ/mol

De waarden beschrijven het element of het neutrale atoom waar van toepassing. Fysische gegevens kunnen afhangen van allotroop, druk, zuiverheid en meetomstandigheden.

Geschiedenis

Ontdekking en identificatie

De ontdekking van waterstof wordt in deze historische registratie in verband gebracht met Henry Cavendish. Herkenning als element, isolatie van een zuiver monster en de latere definitie via het atoomnummer vonden niet noodzakelijk op hetzelfde moment plaats.

Isotopen

Hoe isotopensamenstelling de getallen verandert

Het standaard atoomgewicht wordt weergegeven als het interval [1.00784, 1.00811]. Natuurlijke monsters kunnen enigszins verschillen in isotopenverhouding, zodat één vaste decimale waarde echte variatie zou verbergen.

Waterstof heeft ten minste één stabiele isotoop. Isotopen hebben hetzelfde aantal protonen en horen dus bij hetzelfde element, maar verschillen in neutronental en atoommassa.

Veiligheid

Omgang en blootstelling

De risico’s van waterstof hangen af van chemische vorm, dosis en blootstellingsroute. Het element, zijn ionen en zijn verbindingen kunnen zeer verschillende biologische en milieueffecten hebben; controleer daarom de veiligheidsgegevens van de werkelijk gebruikte stof.