Chemie im Alltag – Wasserstoff (H)

Wasserstoff kommt nicht nur im Wasser vor, sondern ist sogar das häufigste Element des Universums (Bild: Shutterstock).

Wasserstoff ist das häufigste Element des Universums. Ganze 93% aller Atome in unserem Universum sind Wasserstoff-Atome! Auch unsere Sonne besteht fast ausschliesslich aus Wasserstoff und gewinnt ihre Energie durch Kernfusion von Wasserstoff-Atomen.

Wasserstoff wurde als Element (H₂) zum ersten Mal 1766 vom britischen Naturwissenschaftler Henry Cavendish hergestellt. Er gab ein wenig Eisen (Fe) mit Schwefelsäure zusammen und erhielt dabei Wasserstoff als gasförmiges Produkt:
Fe + H₂SO₄ → H₂ + FeSO₄

Heute weiss man, dass viele Metalle mit Säure reagieren und dabei Wasserstoff freigesetzt wird. Dies ist jedoch überhaupt kein effizienter Weg, Wasserstoff zu gewinnen!

In der Industrie wird heutzutage Wasserstoff durch die Umsetzung von Erdgas, das hauptsächlich aus Methan (CH₄) besteht, und Wasserdampf (H₂O) erzeugt. Methan und Wasserdampf werden in langen Röhren auf 700°C erhitzt, woraufhin die gewünschte Reaktion zu Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasserstoff stattfindet:
CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

Das giftige Kohlenstoffmonoxid, das bei dieser Reaktion anfällt, wird mit einem Katalysator bei 350°C nochmals mit Wasserdampf zum ungiftigen Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasserstoff umgesetzt:
CO + H₂O → CO₂+H₂

Wasserstoff ist deshalb ein so begehrtes Produkt, weil es sehr energiereich ist. Energiereich heisst, dass man bei Reaktionen mit Wasserstoff sehr viel Energie gewinnen kann. Ein Paradebeispiel hierfür ist die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser:
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

Bei dieser Reaktion können Temperaturen von bis zu 3000°C entstehen. Von Bedeutung für die Industrie ist heute die gezielte Reaktion der beiden Elemente in einer Brennstoffzelle. Dabei wird die Energie nicht primär in Form von Wärme frei, sondern kann als elektrische Energie genutzt werden. Zur Zeit versucht man, mit solchen Brennstoffzellen zum Beispiel die Verbrennungsmotoren in Autos zu ersetzen.

Das einfachste Atom im Universum

Das Wasserstoff-Atom (H) ist das kleinste und am einfachsten aufgebaute Atom. Es besteht lediglich aus einem Proton und einem Elektron. Aber dieses Atom ist der Grundbaustein unseres Universums.

In der Sonne und allen anderen Sternen werden Wasserstoff-Atome zuerst zu Helium-Atomen und dann zu immer schwereren Elementen umgesetzt. Die Sterne sind also sozusagen die Produzenten aller chemischen Elemente, die wir kennen. Die ungeheure Menge anEnergie, die bei der Kernfusion frei wird, spüren wir hier auf der Erde als Wärme.

Wasserstoff-Atome kommen in unzähligen Verbindungen vor. Am wichtigsten davon für uns ist Wasser (H₂O), das aus zwei Wasserstoff-Atomen und einem Sauerstoff-Atom aufgebaut ist. Wasserstoff ist auch Bestandteil aller organischen Verbindungen, also der Kohlenstoffverbindungen. Kohlenhydrate wie Zucker versorgen unseren Körper mit Energie.

Aber auch Kohlenwasserstoffe, die lediglich aus Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atomen bestehen, haben in den letzten Jahrzenten eine zentrale Rolle in unserem Leben eingenommen. Solche Verbindungen brauchen wir, um Auto zu fahren (Benzin), Flugzeuge in die Luft zu bringen (Kerosin), aber auch als Ausgangsmaterial für Kunststoffe und Medikamente.

Quelle: Maurice Cosandey