Über Wasserstoff

Die Nummer Eins im All - Wasserstoff

Wasserstoff ist mit 98% das häufigste Element des Universums. Allein 70% der Erdoberfläche bestehen aus ihm.

• Wasserstoff ist das simpelste aller Elemente, er ist farb-, geruch- und geschmacklos und 14mal leichter als Luft. Bei -252,9° C wird Wasserstoff flüssig. In Reaktion mit Sauerstoff verbrennt er unter Freisetzung von Energie zu nichts anderem als Wasser.
• Wasserstoff kommt in der Natur nie isoliert vor, sondern immer nur in Verbindung mit anderen Elementen. Die häufigsten Verbindungen sind die mit Kohlenstoff in Form von Erdgas und die mit Sauerstoff in Form von Wasser. Um Wasserstoff nutzen zu können, muss dieser also isoliert werden.
• Der Großteil des produzierten Wasserstoffs kommt heute mit 48% aus der Reformierung von Erdgas. Nur 4% des Wasserstoffs wird derzeit aus der reinen Elektrolyse gewonnen, bei der Wasser unter Zufuhr von elektrischer Energie in seine elementaren Bestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff, zerlegt wird.
• Rund 95% des gegenwärtig produzierten Wasserstoffs werden von der verbrauchenden Industrie sofort genutzt. Die weltweit jährlich hergestellte Menge an Wasserstoff liegt derzeit bei 45 Millionen Tonnen.

Physikalische Verhaltensweisen

• Als leichtestes Gas diffundiert Wasserstoff ohne weiteres durch Metalle wie Eisen, Platin oder Palladium. Problemlos entweicht er durch poröse Trennwände. Das macht Wasserstoff trotz seines leichten Gewichts beispielsweise zu einem problematischen Füllmittel für Ballons.
• Wasserstoff besitzt eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft. Die leichten Wasserstoffmoleküle bewegen sich erheblich schneller als die schweren Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle.
• Nur sehr gering ist die Löslichkeit von Wasserstoff in Wasser, etwas höher fällt sie in Alkohol aus. Ein außerordentlich großes Lösungsvermögen für Wasserstoff besitzen dagegen viele Metalle. Ein schwammförmiges Palladiummetall etwa kann das 850fache seines eigenen Volumens an Wasserstoff aufnehmen.

Chemische Reaktionen

• Die charakteristischste Eigenschaft des Wasserstoffs ist seine Brennbarkeit. Er verbrennt an der Luft mit fahler, heißer Flamme zu Wasser. Diese Vereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser erfolgt bei Zimmertemperatur mit unmessbarer Langsamkeit. Erst bei hohen Temperaturen wird eine messbare Reaktion erreicht.
• Wasserstoff reagiert nicht nur mit freiem Sauerstoff. Vielmehr kann er auch Sauerstoffverbindungen den gebundenen Sauerstoff unter Bildung von Wasser entziehen.
• Wasserstoff vereinigt sich neben Sauerstoff mit vielen weiteren Elementen. So bilden die Nichtmetalle Chlor, Schwefel, Stickstoff und Kohlenstoff die flüchtigen Verbindungen HCI, H₂ S, NH₃ und CH₄ . Die Metalle Natrium, Calcium, Lanthan und Thorium bilden die salzartigen Verbindungen (Hydride) NaH, CaH₂ , LaH₃ und ThH₄ . Besonders hingewiesen sei auf die Synthese von Ammoniak aus Wasserstoff und Stickstoff, auf der die anorganische Großindustrie aufbaut.
• Von Bedeutung ist auch die Anlagerung von Wasserstoff an „ungesättigten“ Kohlenstoffverbindungen, genannt Hydrierung. Die wichtigsten Verfahren sind hier die Hydrierung von Kohle, Erdöl und Teer zu Benzin, die Hydrierung von Kohlenoxid zu Alkoholen oder Kohlenwasserstoffen und die Hydrierung öliger Fette zu festen Fetten.

Wasserstoff-Gewinnung

• Bei der Elektrolyse wird Wasser unter Zufuhr von elektrischer Energie in seine elementaren Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.
• Bei der Chloralkali-Elektrolyse fällt durch die Erzeugung von Natronlauge bzw. Chlor in großen Mengen Wasserstoff an.
• Beim Steam Reforming erfolgt die Wasserstoffproduktion durch die partielle Oxidation von leichten Kohlenwasserstoffen wie Methan, Propan oder Butan zu einem Gemisch aus H₂ und CO, dass mit Hilfe eines Katalysators getrennt wird.
• Bei der Ammoniak Spaltung wird Wasserstoff durch die thermische Spaltung von Ammoniak in N₂ und H₂ gewonnen.

Steckbrief