Element-Daten:
Ordnungszahl: 1
Aussehen: farbloses Gas (H2)
Atommasse: 1,008 g/Mol
Elektronenkonfiguration: +1
Als nach dem Urknall die Materie entstand, bildete sich daraus rund 75% Wasserstoff. Das erste Element im Periodensystem macht selbst 13,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall den größten Masseanteil der Materie im Universum aus, aber es wird immer weniger.
Ebenfalls 75% der Masse in unserem Sonnensystem kommt vom Wasserstoff. Wenn es nach der Anzahl der Atome geht, kommt das Wasserstoffatom sogar auf 93%. Das meiste davon befindet sich in den Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und natürlich unserer Sonne.
Während das leichteste aller Elemente in den Gasplaneten vor sich hin existiert, verrichtet es in der Sonne Schwerstarbeit. Durch den enormen Druck und die Hitze im Stern, kommt es zu einer Kernfusion. Je zwei Wasserstoffatome fusionieren hier zu einem Heliumatom. Bei dieser Fusion wird eine gewaltige Energie frei, die sich in Form von Hitze und Licht in den Raum entlädt und dabei, neben dem Wasser auf der Erde, unseren Planeten mit Leben füllt. Wasserstoff ist somit das Fundament unserer materiellen Existenz.
Wasserstoff kommt auf der Erde vorwiegend in Wassermolekülen vor. Davon gibt es zwar auf unserem Planeten reichlich, dennoch macht es auf dem ganzen Planeten nur 0,12% aus. Zum Vergleich: Den ersten Platz nimmt Sauerstoff ein, mit ganzen 32%. Die Silbermedaille bekommt dabei Eisen mit 29%, Silizium holt sich mit 17% Bronze ab. In der Erdkruste – und damit ist auch die Oberfläche gemeint – kommt Wasserstoff am neunthäufigsten vor, noch vor Schwefel, Kupfer und Gold.
Man sollte also meinen, dass die Menschen schon sehr früh über Wasserstoffatome gestolpert sein sollten, aber weit gefehlt. Erst im 17. und 18. Jahrhundert bemerkte man bei Experimenten zwischen Metallen und Säure, dass sich bei der Auflösung des Metalls ein Gas bildet. Im Jahr 1776 wurde dies vom englischen Chemiker und Physiker Henry Cavendish schriftlich festgehalten.
Ein Beispiel mit Zink und Salzsäure. Gibt man Zink in die Säure, löst sich das Metall auf und es entweicht molekularer Wasserstoff. Da die Reaktion sehr schnell vor sich geht, ist die Gasbildung in Form von Luftbläschen nicht zu übersehen.
Formel: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Wasserstoff ist ein brennbares, farbloses Gas und lässt sich durch eine sogenannte Knallgasprobe nachweisen, allerdings ergeben andere Gase wie Methan mit Sauerstoff gleiche Resultate. Als Gas (H2) kommt es in der Natur nur selten vor, in den meisten Fällen ist es in der H2O-Verbindung zu finden. Selbst als der Wasserstoff entdeckt wurde, hielt man Wasser noch für ein eigenes Element. Erst als man Sauerstoff 1774 als Element entdeckte, war klar, dass Wasser kein eigenes Element sein konnte und so gab man 1784 dem Wasserstoff den Namen „Wasser erzeugenden Stoff“ - oder auch „Hydrogen“, weshalb wir im Periodensystem ein „H“ als Symbol sehen.
Die Ladungszahl von Wasserstoff beträgt +1. Es gibt somit ein Elektron ab und was übrig bleibt, ist das Proton im Kern. Es geht, energetisch gesehen, gerne Verbindungen mit Halogenen ein und bildet Salzsäure (HCl), Flusssäure (HF) oder Bromwasserstoff (HBr), ein giftiges und farbloses Gas. Aber auch mit Elementen der Sauerstoffgruppe fühlt es sich wohl, wie etwa dem Wasser (H2O) oder Schwefelwasserstoff (H2S). Das ist zwar, wie das Bromwasserstoff, ebenfalls giftig, aber dafür stinkt es ausreichend um es rechtzeitig zu bemerken.
Mit den Kohlenwasserstoffen gibt es sogar eine ganze Stoffgruppe chemischer Verbindungen zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff. Methan, Ethan und Benzol sind von denen sogar im Volksmund relativ geläufig.
Die Chlorkohlenwasserstoffe sind ebenfalls nicht unbekannt. Diese Stoffgruppe von organischen Verbindungen werden oft als Pflanzenschutzmittel verwendet, aber auch als Bestandteil von PVC.
Etwas unbeliebter sind mittlerweile die Fluorchlorkohlenwasserstoffe, auch als FCKW bekannt. Da es zur Zerstörung der Ozonschicht beiträgt, ist die Beliebtheit von FCKW stark gesunken.
Wissenschaftler sind wie kleine Kinder. Wenn sie etwas neues Entdecken, müssen sie erst jeden Unfug damit anstellen um herauszufinden, wozu man es gebrauchen kann. Mit der Wasserstoffbombe hat der handelsübliche Wasserstoff nur bedingt etwas zu tun. Schuld an der Erfindung von Edward Teller sind eher seine Brüder, Deuterium und Tritium. Das Normale Wasserstoffatom besteht lediglich aus einem Proton und einem Elektron. Bei Deuterium handelt es sich aber um Wasserstoff, der noch ein Neutron besitzt. Tritium besitzt sogar neben dem Proton zwei Neutronen. Deuterium und Tritium sind damit Isotope des Wasserstoffs, die dazu auch noch relativ selten vorkommen. Zur Beruhigung: Der „normale“ Wasserstoff, von dem wir sprechen, macht 99,9885% aller Wasserstoffatome aus.
Wasserstoff wird aber zum Glück an vielen Stellen für positive Zwecke eingesetzt. In Form von Säuren entfernt es Oxide von Metallen. Es wird als Raketentreibstoff eingesetzt, um… na ja, Raketen anzutreiben.
In Verbindung mit Stickstoff kann man daraus Ammoniak (NH3) herstellen, woraus wiederum andere Stoffe wie Harnstoff hergestellt werden. Neben vielen anderen Dingen kann man auch Dünger daraus machen oder Sprengstoff.
Wasserstoff ist in vielen Bereichen unverzichtbar für unsere moderne Zivilisation. Obwohl es das am einfachsten aufgebaute Atom ist, sollte man es aber nicht unterschätzen. Um auf das Beispiel mit dem Zink zurück zu kommen. Zink kann nicht nur in Säuren aufgelöst werden, sondern als Zinkchlorid oder anderen Zinkverbindungen aus wässrigen Lösungen elektrolytisch abgeschieden werden. Dieses Verfahren wird „galvanische Verzinkung“ genannt und findet sich auf Milliarden kleiner Metallteile wieder, egal ob im Haushalt oder in Autos. Bei diesem Verfahren entsteht an der Oberfläche ein geringer Anteil atomarer Wasserstoff (Hat). Besonders bei gehärteten Stählen wandert dieser Wasserstoff, weil er so klein ist, in das Gefüge hinein. Treffen sich zwei Wasserstoffatome, verbinden sie sich zum molekularen Wasserstoff (H2). Unter bestimmten Bedingungen wie erhöhte Temperaturen oder mechanische Belastung, kann dieser Wasserstoff das Metall von Innen zerreißen. Der gehärtete Stahl zerspringt dabei wie Glas. Man nennt diesen Effekt auch „wasserstoffinduzierter Sprödbruch“ oder kurz „Wasserstoffversprödung“. Es ist beeindruckend, welche Power dieses kleine Element haben kann.
In der Welt der Chemie ist das aber keine Seltenheit. Jedes Element birgt seine Geheimnisse und ist einzigartig. In der nächsten Folge der Element-Lehre schauen wir uns an, was Kohlenstoff zu bieten hat.
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Hm....cooles Video...wie alle anderen davor ja auch schon. Aber warum mit Kohlenstoff weitermachen? Kommt nicht als nächstes Helium dran?
Ich mache die Element-Lehre Serie nicht chronologisch. Wasserstoff habe ich als erstes genommen, weil ich gerade das Thema Wasser hatte. Kohlenstoff kommt, weil die meisten chemischen Verbindungen Kohlenstoff enthalten. Als drittes Element werde ich Sauerstoff beschreiben.
Ok, warum wird der Wasserstoff-Masseanteil im Universum immer geringer?
Nur wegen der Kernfusion zu Helium oder gibt es noch weitere Gründe?
Ja, genau das ist der Grund. In den Sternen fusioniert immer erst Wasserstoff zu Helium usw. Der Vorgang wird auch in "#002 - Was sind Elemente?" ein bisschen genauer erklärt.
Btw: Ich versuche es immer so auszudrücken, dass sich Masseanteile auf Materie bezieht. Die Elemente im PSE machen aber nur knapp 5% von dem aus, was es im Universum zu geben scheint. Der Rest ist dunkle Energie und dunkle Materie. Sind sehr interessante Themen, aber wenn ich darauf auch noch eingehe, dann wird der Kanal zu einem Astrophysik-Kurs. :D Kann aber jedem nur empfehlen, sich mal damit zu befassen. ;)
Passt, danke!
Sehr gerne. Die Fragen und Anregungen sind toll. Vor allem zeigt es, dass es bewusst angeschaut wird. Genau dafür mache ich das.
Da kommt mir direkt noch eine Frage. Bist Du Chemielehrer oder wie kommst Du dazu die Videos zu machen? (und es ist natürlich absolut ok wenn Du diese Frage nicht beantworten willst)
Ich habe, wenn ich zwei Unterbrechungen abziehe, rund 16 Jahre im Bereich Chemie gearbeitet. Also sehr praxisnah, aber auch im Labor. In der Zeit habe ich ein paar Leute ausgebildet und einige Kurse gegeben. Dazu kommen noch zwei Jahre, in denen ich nebenbei an einer Berufsschule unterrichten durfte. Ich bin also kein "typischer" Chemiker, hoffe aber, dass es für die Videos ausreicht. :D
Warum wird das weniger? Weil es Verbindungen eingeht? In der Physik geht doch nichts verloren, es wird nur umgewandelt. Ist das in der Chemie anders?
In der Physik geht keine Energie verloren, aber durchaus Elemente, wie etwa beim radioaktiven Zerfall. Beim Wasserstoff ist es die Kernfusion. Wasserstoff wird zu Helium, in der zweiten Stufe Helium zu Lithium usw. Das heißt, dass sich immer mehr schwerere Elemente bilden und die leichteren Elemente weniger werden. Das hat zwar auf unseren Alltag keinen direkten Einfluss (Wasserstoff geht uns nicht aus), aber es ist ein interessanter Aspekt.
Ach , verstanden. Sie entwickeln sich weiter, könnte man sagen.
Und wieder etwas neben dem Inhalt:
Interessantes Detail: Die Produktion einer Flasche Bier (0,5 L) benötig wohl 150 L Wasser.
"... und lässt sich durch eine sogenannte Knallgasprobe nachweisen. Allerdings ergeben andere Gase wie Methan mit Sauerstoff gleiche Resultate" Also nachweisbar oder nicht?
Zum Wasser: Irgendwann möchte ich noch ein Video zum Thema "Wasseraufbereitung" machen. Was Du schreibst, höre ich immer wieder und das liest sich so, als würde man das Wasser dann wegschmeißen und wäre weg. :D
Nachweis: Es ist ein Nachweis, aber es gibt auch andere Gase, die zum selben Ergebnis führen. Das heißt: Es muss nicht zwingend Wasserstoff sein. In Schulen wird das aber gerne gemacht, aber nur selten darauf hingewiesen, dass andere Gase/Gasgemische zu gleichen bzw. sehr ähnlichen Resultaten führen können.
Dieses "Problem" ist aber nichts exklusives. Ein negativer Schwangerschaftstest kann auch falsch sein, weil gewisse Gegebenheiten zum selben Resultat führen. Das nur mal als Beispiel. :D
Sehr guter Punkt mit dem Wasser damit nicht "weggeschmissen"! Dann freue ich mich auf das Video zur Wasseraufbereitung.
Und das mit dem Nachweis war nicht so ernst gemeint, ich fand es nur in der aufeinanderfolgenden Formulierung witzig (was wieder gut für die Aufmerksamkeit ist) :D
Ich verstehe das sehr gut. Mich nervt dieser Kompromiss manchmal, dass ich auf der einen Seite die Dinge in 5 bis 10min erklären will, aber möglichst viele Informationen rein stecke. Gerade beim Thema Wasser musste ich extrem kürzen. Da ich am Anfang noch den "Motivations-Teil" drin haben wollte, ist es länger geworden.
Es ist eine schwierige Balance zwischen "kurz und knackig" und "möglichst viele Informationen". Am Ende kommen dann solche Formulierungen raus, die manchmal mehr verwirren als das sie helfen.
Was die Sache verkompliziert: In der Chemie regiert die Ausnahme. Für viele Regeln gibt es zahlreiche Ausnahmen, die dann mit Sonderregeln erklärt werden. Das ist teilweise ein Fass ohne Boden. Aber genau diese Komplexität macht es auch so interessant. Das ist ein wenig wie Dame (relativ simpel) und Schach. :-)
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