H · Element 1 · Nichtmetall
Das einfachste Atom überhaupt — ein Proton, ein Elektron — und etwa 90 % jedes Atoms im Universum.
Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo Wasserstoff bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Gleiches Element, andere Neutronenzahl
Alle Wasserstoff-Atome haben dieselbe Zahl von Protonen, 1, und unterscheiden sich nur in der Zahl der Neutronen: Diese Varianten sind die Isotope des Elements. Das häufigste, H-1, hat 0 Neutronen und macht 99,9855 % des natürlichen Elements aus.
| ISOTOP | Neutronen | Natürliche Häufigkeit | Halbwertszeit | Zerfallsart |
|---|---|---|---|---|
| H-1 häufigstes | 0 | 99,9855 % | Stabil | — |
| H-2 | 1 | 0,0145 % | Stabil | — |
| H-3 | 2 | — | 12,32 J | β⁻ |
Hier liefert die Schul-Faustregel, gerundete Atommasse (1,008) minus Ordnungszahl, dasselbe Ergebnis: 0.
Zerfallsarten
Daten: IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, Bewertungen der Grundzustände, abgerufen am 10. Oktober 2026. Die Häufigkeit ist der Anteil der Atome im natürlichen Element; ein Strich bedeutet, dass das Isotop keine natürliche Standardhäufigkeit hat.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 53 pm — das entspricht 0,053 nm; etwa 9,43 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Wasserstoff ist über einen Bereich von 6 K flüssig, von 14 K bis 20 K.
Die Geschichte
Wasserstoff (H) ist das Element 1, das leichteste und einfachste Element: Ein typisches Wasserstoffatom besteht aus einem Proton und einem Elektron. Er ist das häufigste Element im Universum und macht etwa drei Viertel der Masse der gewöhnlichen Materie und rund neun von zehn Atomen aus. Er steht an der Spitze der Gruppe 1 des Periodensystems, ist aber ein Nichtmetall und kein Alkalimetall.
Bei Raumtemperatur ist Wasserstoff ein farbloses, geruchloses Gas aus H₂-Molekülen. Seine Dichte beträgt 0,08988 g/L bei 0 °C und Normaldruck, etwa 14-mal weniger als die von Luft. Er kondensiert bei −252,87 °C (20,28 K) zu einer Flüssigkeit und erstarrt bei −259,14 °C (14,01 K).
Henry Cavendish erkannte Wasserstoff 1766 als eigenständigen Stoff und nannte ihn „brennbare Luft“; frühere Experimentatoren wie Robert Boyle hatten das Gas aus Metallen und Säuren hergestellt, ohne es als Element zu erkennen. 1783 gab Antoine Lavoisier ihm den Namen hydrogène, nach dem Griechischen für „Wasserbildner“, weil er mit Sauerstoff zu Wasser verbrennt.
Das einzige Elektron des Wasserstoffs besetzt die erste und einzige Schale (Konfiguration 1s¹). Das Atom kann dieses Elektron abgeben und H⁺ bilden, es in kovalenten Bindungen teilen wie in Wasser und Methan oder ein zweites Elektron aufnehmen und das Hydridion H⁻ bilden.
Wasserstoff hat drei Isotope. Protium (Wasserstoff-1) hat kein Neutron und macht etwa 99,985 % des natürlichen Wasserstoffs aus. Deuterium (Wasserstoff-2) hat ein Neutron und macht etwa 0,015 % aus. Tritium (Wasserstoff-3) hat zwei Neutronen, ist radioaktiv mit einer Halbwertszeit von 12,3 Jahren und kommt nur in Spuren vor.
Anwendungen
Der meiste Wasserstoff wird dort verbraucht, wo er hergestellt wird: in Chemieanlagen und Erdölraffinerien. Die größten Anwendungen sind die Herstellung von Ammoniak für Düngemittel nach dem Haber-Bosch-Verfahren (N₂ + 3H₂ → 2NH₃), die Raffination von Rohöl durch Hydrocracken und durch Entschwefelung von Kraftstoffen sowie die Herstellung von Methanol. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur liegt der weltweite Bedarf bei fast 100 Millionen Tonnen pro Jahr, und fast alles davon wird noch aus fossilen Brennstoffen erzeugt.
Woher es stammt
1400 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 91 % der Elemente
Wasserstoff entstand in den ersten Minuten nach dem Urknall und ist noch heute der Hauptbestandteil der Sterne und des interstellaren Gases. Sterne, darunter die Sonne, leuchten, indem sie Wasserstoff zu Helium fusionieren, und die Riesenplaneten Jupiter und Saturn bestehen überwiegend aus Wasserstoff.
Freies Wasserstoffgas ist auf der Erde selten. Es ist so leicht, dass es aus der oberen Atmosphäre entweicht, und Luft enthält nur etwa 0,5 ppm (Teile pro Million). Fast der gesamte Wasserstoff der Erde ist in Verbindungen gebunden: in Wasser (11 Massenprozent Wasserstoff), Erdgas, Erdöl und Kohle, Tonmineralen und allen Lebewesen. Er macht etwa 0,14 % der Masse der Erdkruste aus. Einige natürliche unterirdische Ansammlungen von Wasserstoffgas sind bekannt, etwa eine, die in Mali durch eine Bohrung erschlossen wurde, und Geologen suchen nach weiteren.
Die Industrie stellt Wasserstoff hauptsächlich durch Dampfreformierung von Erdgas (CH₄ + H₂O → CO + 3H₂, gefolgt von der Wassergas-Shift-Reaktion) und durch Kohlevergasung her; ein Teil fällt als Nebenprodukt der Erdölraffination an. Die Elektrolyse von Wasser, die mit erneuerbarem Strom betrieben werden kann, liefert deutlich weniger als 1 % der Produktion (IEA).
Handhabung
Wasserstoff ist extrem entzündbar. Er brennt in Luft bei jeder Konzentration zwischen etwa 4 % und 75 % (Volumenanteil), einem der größten Bereiche aller Gase, und zum Zünden ist nur sehr wenig Energie nötig. Seine Flamme ist blassblau und bei Tageslicht fast unsichtbar, sodass ein Wasserstoffbrand schwer zu erkennen sein kann.
Wasserstoff ist nicht giftig, und für ihn ist kein Arbeitsplatzgrenzwert festgelegt. In geschlossenen Räumen kann er den Sauerstoff verdrängen und zum Ersticken führen. Flüssiger Wasserstoff mit etwa −253 °C verursacht bei Kontakt schwere Kälteverbrennungen.
Schnelle Antworten
Wasserstoff (Symbol H) ist Element 1 im Periodensystem, ein Nichtmetall in Periode 1, Gruppe 1. Das einfachste Atom überhaupt — ein Proton, ein Elektron — und etwa 90 % jedes Atoms im Universum. Bei Raumtemperatur ist es gasförmig.
1s¹; sie ergibt 1 besetzte Elektronenschale mit der Verteilung 1.Wasserstoff schmilzt bei 14 K (-259,1 °C) und siedet bei 20,3 K (-252,9 °C).
Die Standardatommasse von Wasserstoff beträgt 1,008 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.
Das häufigste Wasserstoff-Atom, H-1, hat 0 Neutronen: seine Massenzahl 1 minus seine Ordnungszahl 1. Es macht 99,9855 % des natürlichen Elements aus. Die Schul-Faustregel, gerundete Atommasse (1,008) minus Ordnungszahl, ergibt ebenfalls 0.
Wasserstoff ist bei Raumtemperatur gasförmig; bei 0 °C und 1 atm beträgt seine Dichte etwa 0,09 g/L, es ist also leichter als Luft.
Wasserstoff hat eine Elektronegativität von 2,2 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Werte in diesem mittleren Bereich führen eher zur Bildung kovalenter als stark ionischer Bindungen.
Wasserstoff wurde 1766 von Henry Cavendish entdeckt. Herkunft des Namens: Griechisch hydro + genes, „Wasserbildner“.
Wasserstoff macht etwa 0,14 % der Erdkruste aus — genug, um im großen Maßstab abgebaut zu werden.