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Wasserstoff (Symbol H) ist ein Element mit der Ordnungszahl 1 im Periodensystem. Wasserstoff wird der 1. Hauptgruppe des Periodensystems zugeordnet. In der neueren Einteilung wurde Wasserstoff ebenfalls die Gruppennummer 1 zugewiesen. Wasserstoff kommt nur in geringen Mengen in der Luft vor. Der Volumenanteil beträgt 0,5 ppm. Die Gewinnung von Wasserstoff erfolgt überwiegend über petrochemische, reforming oder Elektrolyseverfahren. Mittels Nachreinigung ist Wasserstoff mit einer Qualität von 7.0 also 99,99999% erhältlich. Wasserstoff ist ein farbloses und geruchloses Gas bei Ramtemperatur.
Wasserstoff liegt in der Natur in 3 stabilen Isopen vor. 1H (Protium), 2H (Deuterium, D) und 3H (Tritium, T). Tritium kommt allerdings im natürlichen Isotopengemisch nur in Spuren vor und wird deshalb in der Tabelle nicht beschrieben. Weitere 5 instabile Nuklide wurden künstlich erzeugt.
| Isotop | Atommasse | Anteil |
| Natürliches Wasserstoff Isotopengemisch: | 1,00794 | 100 % |
| H-Isotop 1H (Protium) | 1,00782503207 | 99,9885% |
| H-Isotop 2H (Deuterium) | 2,0141017778 | 0,0115% |
Einen Überblick über typische Herstellungsverfahren von Wasserstoff zeigt die Tabelle Wasserstofferzeugung:
| Wasserstofferzeugung | ||
| Verfahren | ||
| Chloralkali-Elektrolyse | 2 H2O + 2NaCl —> | H2 + 2 NaOH + Cl2 |
| Spalten von Methan auf katalytischem Wege (andere Kohlenwassertoffe ebenfalls möglich) | CH4 + 2 H2O —> |
4 H2 + CO2 |
| Zersetzung von Wassergas aus Kohle | C + H20 —> |
H2 + CO |
Bei der Verflüssigung von Wasserstoff findet eine Umwandlung von Ortho-Wasserstoff zu Para-Wasserstoff statt, die einen zusätzlichen Energieaufwand bedingt.
o-Wasserstoff: Ausrichtung der spins parallel zu den Molekühen.
p-Wasserstoff: Ausrichtung der spins nicht parallel zu den Molekülen.
Der Umwandlungsprozess innerhalb des Verflüssigers dauert jedoch mehrere Tage, wenn keine Modifikationen vorgenommen werden. Weiterhin ist für die Umwandlung sehr viel Energie notwendig. Diese Energie bezieht der Wasserstoff aus seiner eigenen Verdampfung. Hierbei gehen bis zu 70 % als Verdampfungsverluste verloren. Zur Beschleunigung des Umwandlungsprozesses und zur Verbesserung der Energieeffizienz werden die Wasserstoff-Verflüssigungsanlagen mit speziellen Katalysatoren ausgestattet. Bei den entsprechend modifizierten Anlagen beträgt der Energieaufwand für die Umwandlung von Ortho-Wasserstoff in Para-Wasserstoff in etwa 20-30% der gesamten Energie die zur Verflüssigung benötigt wird.
| Gas | n-Wasserstoff, H2 | p-Wasserstoff, H2 |
| Kritischer Druck | 13,15 bar | 12,838 bar |
| Kritische Temperatur | 33,19 K | 32,938 K |
| Dichte am kritischen Punkt | 30,12 kg/m3 | 31,36 kg/m3 |
| Tripelpunkt Druck | 0,072 bar | 0,0704 bar |
| Tripelpunkt Temperatur | 13,957 K | 13,8 K |
| Siedepunkt bei 1,013 bar | 20,39 K | 20,28 K |
 |
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| Gas | Wasserstoff, H2 |
| Molares Volumen Vm bei 0°C, 1,01325bar [m3/kmol] | 22,428 |
| Molare Masse M [kg/Kmol] | 2,0158 |
| Spezielle Gaskonstante Ri [J/kgK] | 4124,9 |
| Dichte bei 0°C, 1,01325bar [kg/m3] | 0,08988 |
| spezifische Wärmekapazität Cp bei 0°C idealer Zustand [kJ/kgK] | 14,2003 |
| spezifische Wärmekapazität Cv bei 0°C idealer Zustand [kJ/kgK] | 10,0754 |
| ᵡ=cp/cv bei 0°C, idealer Gaszustand | 1,409 |
Weiters zum Thema Wasserstoff erfahren Sie bei:
Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband
Eine Übersicht über Online Tools rund um Gase finden Sie unter Online Tools
* Darstellung der 3-D-Strucktur mit ACD/ChemSketch Freeware, version 12.01, Advanced Chemistry Development, Inc., Toronto, ON, Canada, www.acdlabs.com, 2012.
Olaf Babel
