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H, Wasserstoff |
allgemeines |
|
atomare Eigenschaften |
Eigenschaft |
1H |
2H | 3H |
Ordnungszahl |
1 |
1 | 1 |
Atommasse |
1,008 |
|
|
Atomradius | berechnet |
53 pm | | |
Kovalent | 31 pm |
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Van-der-Waals | 120 pm |
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Austrittsarbeit |
eV | | |
Ionisierungsenergie | 1. |
1312 kJ/mol | | |
Emission: neutrale Wasserstoffatome rot 656,2 nm
Der neutrale atomare Wasserstoff strahlt mit der 21-cm-Linie. |
physikalische Eigenschaften |
Eigenschaft |
1H |
2H |
3H |
Dichte | 0,0899 kg/m3 |
0,17 kg/m3 | |
Kristallstruktur | |
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diamagnetisch |
Χm = -2,2 · 10-9 | | |
Schmelzpunkt |
14,01 K, -259,14°C | -254,43 °C | |
Siedepunkt | 21,15 K, -252°C |
-249,58 °C | |
Molares Volumen |
11,42 · cm3 / mol | | |
Molare Masse | |
4,03 g/mol | |
Verdampfungswärme | 0,9 kJ/mol |
| |
Schmelzwärme | 0,558 kJ/mol |
| |
Elektrische Leitfähigkeit |
? * 106 A/(V · m) | | |
Wärmeleitfähigkeit |
0,1805 W/(m · K) | | |
Spezifische Wärmekapazität |
14304 J/(kg · K) | | |
Schallgeschwindigkeit | 1270 m/s |
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chemische Eigenschaften |
Eigenschaft |
1H |
2H | 3H |
Oxidationszahlen | +1, 0, -1 |
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Normalpotential | 0 V |
| |
Elektronegativität | 2,2 |
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Elektronenkonfiguration | |
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Periodensystem |
Gruppe 1 , Periode 1, Block s | | |
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Herstellung |
alkalische Elektrolyse KOH. 1,5 - 2V. Elektroden aus Nickel. Wirkungsgrad 70 % Für 1
kg H2 durch Wasser-Elektrolyse werden 50 kWh Strom benötigt. |
Thermische Spaltung mit Platin-Katalysator |
2 Zn + 2 HCl -> ZnCl2 + H2
Labordarstellung |
Stahl |
Wasserstoff kann viele Stahlsorten durchdringen und aufweiten. (Wasserstoffversprödung) |
Wasserstoff-resistente Stähle enthalten viel Nickel und Chrom. |
Das Erdgasnetz verträgt keine zu hohen Wasserstoffkonzentrationen (Versprödung) |
atomarer Wasserstoff |
Zur Dissoziation werden 435 kJ /Mol benötigt.
Energiezufuhr durch Erhitzung, elektrische Entladung, Ultraviolettlicht, β -
Strahlung mit 10-20 eV, Mikrowellenstrahlung. |
Verbindungen |
H2O |
Wasser |
H2O2 |
Wasserstoffperoxyd |
HCN |
Cyanwasserstoff |
CaH2 |
Calciumhydrid |
NH3 |
Ammoniak |
PH3 |
Phosphin |
SH2 |
Schwefelwasserstoff |
HF |
Fluorwasserstoff, Flusssäure |
HCl |
Chlorwasserstoff, Salzsäure |
MgH2 |
Magnesiumhydrid |
weißer Feststoff, 1,45g/ccm |
reagiert heftig mit Wasser: MgH2 + H2O -> MgO + H2 |
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Spektrallinien |
Nach dem Bohr'schen Atommodel hat das Elektron des
Wasserstoffatoms diskrete Energielevel: N = 1, 2, 3 ... Beim Übergang wird
eine elektromagnetische Welle ausgesendet oder absorbiert.
Serie |
Energielevel 1 | Energielevel 2 |
Bezeichnung |
Wellenlänge |
Balmer - Serie |
2 |
3 |
Balmer - alpha, H-alpha |
656.281 nm, rot |
H-alpha oder Hα ist die hellste Spektrallinie des angeregten Wasserstoffs im sichtbaren Licht.
Von besonderer Bedeutung für die Sonnenbeobachtung: spezielle Interferenzfilter (Fabry-Pérot-Interferometer) lassen das Sonnenlicht nur in diesem Bereich passieren,
wodurch die genaue Struktur der obersten Sonnenschicht (Chromosphäre) mit den Sonnenfackeln und Filamenten sichtbar wird.
Da Wasserstoff das bei weitem häufigste chemische Element im Weltraum ist, sind Beobachtungen mit H-alpha-Filtern nicht nur für Sterne, sondern auch für Gasnebel und andere Himmelsobjekte aufschlussreich. |
Balmer - Serie |
2 |
4 |
H-beta |
486.1 nm, zyan |
Balmer - Serie |
2 |
5 |
H-gamma |
434.1 nm, blau |
Lyman - Serie |
1 |
2 |
Lyman - alpha |
122 nm, UV |
Lyman - Serie |
1 |
3 |
Lyman - beta |
103 nm, UV |
Paschen - Serie |
3 |
4 |
Paschen - alpha |
1870 nm, Infrarot |
Brackett - Serie |
4 |
5 |
Brackett - alpha |
4050 nm |
Pfund - Serie |
5 |
6 |
Pfund - alpha |
7460 nm |
Humphrey - Serie |
6 |
7 |
Humphrey - alpha |
12400 nm |
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Hyperfeinstruktur-Übergang |
1420,405 MHz, 21-cm-Linie, Energiedifferenz 10−5 eV |
Zum Spin des Atomkerns kann sich das Hüllenelektron parallel
oder antiparallel ausrichten. |
Anwendung: Maser, Radioastronomie (interstellarer neutraler Wasserstoff) |
Isotope |
1 Proton: Wasserstoff, H, 1H |
1 Proton + 1 Neutron: Deuterium, D, 2H |
1 Proton + 2 Neutronen: Tritium, , 3H |
Metallischer Wasserstoff |
Hochdruckmodifikation |
Im Inneren von Gasplaneten: Jupiter, Saturn |
Bei 3000 Kelvin beträgt der Übergangsdruck zur metallischen Phase etwa 140 GPa. |
Energiequelle |
Brennstoffzelle gewinnen elektrische
Energie durch
Wasserstoffoxydation. Sie kommen in wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen zum Einsatz. |
CEP: Clean Energy Partnership ist ein Zusammenschluss führender Technologie-, Mineralöl-, Energiekonzerne und Automobilhersteller mit dem Ziel Wasserstoff
als Antriebsmittel zu etablieren. |
CGH2 |
Wasserstoff-Hochdruckgasspeicherung bei 700 bar |
gängigste Speicherform für Wasserstoff in Fahrzeugen |
Nachteile
- Ungenügende Energiedichte
- hohe Kosten für die Carbonfaser-Tankarmierung
- erheblicher Energiebedarf für Druckerzeugung und Vorkühlung während der Betankung.
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LH2 |
Speicherung von Flüssigwasserstoff in vakuumisolierten Niederdruckbehältern. |
Vorteil: hohe physikalischen Dichte |
Nachteile:
- Energieaufwand bei der LH2-Erzeugung für die Abkühlung auf -250 °C
- Verdampfungsgefahr: Boil-off-Effekt
- Hoher Isolationsaufwand.
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Kryogas |
Druck bis 400 bar, Temperatur -240 bis -100 °C. |
Quellen |
1.) :
|
Teil von |
Periodensystem |
chemische Elemente |
Anorganische Chemie |
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