2.

Eigenschaften und Vorkommen

Wie die meisten gasförmigen Elemente hat der Wasserstoff zweiatomige Moleküle, die aber bei hohen Temperaturen in ihre Atome zerfallen. Schmelz- und Siedepunkt des Wasserstoffes liegen niedriger als bei allen anderen Substanzen (nur Schmelz- und Siedepunkt vom Helium liegen noch niedriger). Wasserstoff schmilzt bei -259,2 °C und siedet bei -252,77 °C. Bei 0 °C und einem Druck von 101,33 Kilopascal ist Wasserstoff gasförmig und hat eine Dichte von 0,089 Gramm pro Liter. Seine Atommasse beträgt 1,007 u. Flüssigen Wasserstoff konnte als Erster James Dewar im Jahr 1898 herstellen (siehe Kältetechnik). In flüssigem Zustand ist Wasserstoff farblos (aber in dickeren Schichten bläulich) und hat die relative Dichte 0,070.

1996 gelang einem amerikanischen Forscherteam die Herstellung von festem Wasserstoff, der im Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit den elektrischen Strom genau so gut leitet, wie die Alkalimetalle Rubidium und Cäsium. Diese „metallischen Eigenschaften” des Elementes wurden bereits in den dreißiger Jahren vorausgesagt. Unter „normalen” Bedingungen (Normaldruck, Raumtemperatur) zeigt Wasserstoff nichtmetallische Eigenschaften.

Wasserstoffgas ist eine Mischung zweier verschiedener Formen. Die eine Form nennt man Ortho-Wasserstoff. Bei dieser Form stellte man fest, das die Kernspins (Drehung des Kernes um seine eigene Achse) der beiden Atome des Moleküls parallel (gleicher Drehsinn) sind. Die andere Form ist der Para-Wasserstoff, bei dem die Kernspins antiparallel (entgegengesetzt) verlaufen. Natürliches Wasserstoffgas besteht zu etwa drei Vierteln aus der Ortho-Form und zu etwa einem Viertel aus der Para-Form. Praktisch reinen Para-Wasserstoff erhält man durch Adsorption gewöhnlichen Wasserstoffes an Holzkohle bei etwa -225 °C.

Man kennt drei Isotope des Wasserstoffes. Der Atomkern des weitaus häufigsten Isotops ¹H enthält nur ein Proton. Der schwere Wasserstoff, das Deuterium (²H oder D) ist im normalen Wasserstoff zu 0,02 Prozent enthalten. Sein Atomkern besteht aus einem Proton und einem Neutron (siehe Atom). Die Atommasse von ²H beträgt 2 u. Tritium (³H) ist ein instabiles, radioaktives Wasserstoffisotop. Sein Atomkern enthält ein Proton und zwei Neutronen. Die Atommasse von Tritium beträgt 3 u.

Freier, elementarer Wasserstoff kommt nur in sehr geringen Spuren in der Erdatmosphäre vor. Jedoch zeigen die Spektren der Sonne und der Sterne, dass dort der Wasserstoff in großen Mengen vorkommt. Wasserstoff ist damit das häufigste Element im Universum. In Verbindungen mit anderen Elementen ist er allerdings auch auf der Erde sehr verbreitet. Die wichtigste und bei weitem häufigste Verbindung auf der Erde ist das Oxid, das Wasser (H₂O). Wasser bildet die Grundlage des Lebens auf der Erde und kommt in allen Lebewesen vor. Außerdem ist es in vielen Mineralien vorhanden. Wasserstoff ist auch Bestandteil aller Kohlenwasserstoffe und einer großen Anzahl anderer organischer Substanzen. Sehr viele Mineralsäuren (z. B. Schwefelsäure) enthalten Wasserstoff, den sie bei der Dissoziation in Lösung als Wasserstoffionen abgeben können.