Wasserstoff H

Entdeckung

Ein brennbares Gas fiel den Menschen auf, lange bevor jemand es verstand. 1671 berichtete Robert Boyle, dass Eisenspäne in verdünnter Säure ein Gas freisetzen, das leicht brennt – als eigenen Stoff betrachtete er es jedoch nicht.

Der entscheidende Schritt folgte 1766: Der englische Naturforscher Henry Cavendish stellte das Gas sorgfältig aus Metallen und Säuren her, bestimmte, wie leicht es war, und beschrieb es als eigene Luftart, die er „brennbare Luft“ nannte. Um 1781 zeigte er, dass bei seiner Verbrennung Wasser entsteht – ein Ergebnis, das half, die alte Vorstellung von Wasser als Element zu stürzen.

Antoine Lavoisier wiederholte die Wasserversuche und gab dem Gas 1783 seinen modernen Namen. Im selben Jahr ließ Jacques Charles in Paris den ersten Wasserstoffballon aufsteigen. 1931 wies Harold Urey eine schwerere Form des Wasserstoffs nach, das Deuterium; dafür erhielt er 1934 den Nobelpreis für Chemie.

Herkunft des Namens

Der Name stammt aus dem Griechischen: hydro (Wasser) und genes (erzeugend). Hydrogenium bedeutet also wörtlich „Wasserbildner“ – eine Anspielung auf die Entdeckung von Cavendish und Lavoisier, dass bei seiner Verbrennung Wasser entsteht. Das deutsche Wort Wasserstoff ist eine direkte Lehnübersetzung dieses Namens („Stoff, der Wasser bildet“). Das Symbol H ist einfach der Anfangsbuchstabe von Hydrogenium.

Wichtigste Verwendungen

• Ammoniakherstellung: Das Haber-Bosch-Verfahren, das Wasserstoff und Stickstoff zu Dünger-Grundstoff verbindet, ist die größte Einzelanwendung.
• Erdölraffination: Wasserstoff entfernt Schwefel aus Kraftstoffen und spaltet schweres Öl in leichtere Produkte.
• Chemie und Lebensmittel: Er ist Rohstoff für Methanol und dient zum Härten pflanzlicher Öle.
• Energie: Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff und Sauerstoff in Strom um, wobei nur Wasser als Abgas entsteht; flüssiger Wasserstoff ist seit Langem Raketentreibstoff.
• Industrie: Er kühlt große Stromgeneratoren und dient in der Metallverarbeitung als reduzierende Schutzatmosphäre.

Der meiste Wasserstoff wird heute aus Erdgas gewonnen; ihn stattdessen durch Wasserspaltung mit erneuerbarem Strom herzustellen – sogenannter grüner Wasserstoff – ist ein zentrales Ziel der Energiewende.

Isotope

Wasserstoff ist das einzige Element, dessen Isotope eigene Namen tragen. Gewöhnlicher Wasserstoff, Protium (1H), besitzt kein Neutron und macht über 99,98 % des natürlichen Wasserstoffs aus. Deuterium (2H oder D) trägt ein Neutron und ist ebenfalls stabil; etwa jedes 6.400. Wasserstoffatom ist ein Deuteriumatom. Schweres Wasser (D2O) bremst in manchen Kernreaktoren die Neutronen ab, und deuterierte Lösungsmittel sind Standard in der NMR-Spektroskopie.

Tritium (3H) ist radioaktiv, mit einer Halbwertszeit von etwa 12,3 Jahren. Es lässt selbstleuchtende Notausgangsschilder und Zifferblätter leuchten, dient als Tracer zur Altersbestimmung von Grundwasser und soll zusammen mit Deuterium den Brennstoff künftiger Fusionsreaktoren bilden.

Im Alltag

Jedes Wassermolekül enthält zwei Wasserstoffatome, und etwa ein Zehntel der Masse des menschlichen Körpers ist Wasserstoff. Er steckt in Fetten, Zuckern, Proteinen und der DNA, und Wasserstoffbrückenbindungen halten die beiden DNA-Stränge zusammen.

Das Gas selbst ist farblos, geruchlos und viel leichter als Luft. Es brennt in einem sehr weiten Konzentrationsbereich in Luft, etwa zwischen 4 und 75 Prozent, und seine Flamme ist bei Tageslicht fast unsichtbar – Lecks erfordern daher sorgfältigen Umgang. Die Hindenburg-Katastrophe von 1937 beendete die Ära der wasserstoffgefüllten Passagierluftschiffe.