Terug naar lijst van elementen

Waterstof werd in 1776 door Henry Cavendish erkend als een afzonderlijke stof. Diagram van een eenvoudig waterstofatoom.

Waterstof

Atoomnummer:	1	Atomaire Straal:	120 pm (Van der Waals)
Atomisch Symbool:	H	Smeltpunt:	-259.16 °C
Atomair Gewicht:	1.008	kookpunt:	-252.879 °C
Elektronenconfiguratie:	1s1	Oxidatietoestanden:	-1, +1 (een amfoteer oxide)

Geschiedenis

Van het Griekse woord hydro (water), en genes (vormen). Waterstof werd als aparte stof erkend door Henry Cavendish in 1776. Schema van een eenvoudig waterstofatoom.

Waterstof is het meest overvloedige van alle elementen in het heelal. De zwaardere elementen zijn oorspronkelijk gemaakt uit waterstofatomen of uit andere elementen die oorspronkelijk uit waterstofatomen zijn gemaakt.

Bronnen

Waterstof maakt naar schatting meer dan 90% uit van alle atomen — driekwart van de massa van het heelal! Dit element wordt aangetroffen in de sterren en speelt een belangrijke rol in de energievoorziening van het heelal via zowel de proton-protonreactie als de koolstof-stikstofcyclus. Bij stellaire waterstoffusieprocessen komen enorme hoeveelheden energie vrij door het combineren van waterstofgenen tot helium.

De waterstofproductie in de V.S. alleen al bedraagt ongeveer 3 miljard kubieke voet per jaar. Waterstof wordt bereid door

• stoom op verhitte koolstof,
• ontleding van bepaalde koolwaterstoffen met warmte,
• reactie van natrium- of kaliumhydroxide op aluminium
• elektrolyse van water, of
• verwijdering van zuren door bepaalde metalen.

Liquid hydrogen is important in cryogenics and in the study of superconductivity, asits its melting point is only 20 degrees above absolute zero.

Tritium wordt gemakkelijk geproduceerd in kernreactoren en wordt gebruikt bij de productie van de waterstofbom.

Waterstof is het hoofdbestanddeel van Jupiter en de andere gasreuzenplaneten. Op enige diepte in het inwendige van de planeet is de druk zo groot dat vaste moleculaire waterstof wordt omgezet in vaste metallische waterstof.

In 1973 heeft een groep Russische experimentatoren mogelijk metallische waterstof geproduceerd bij een druk van 2,8 Mbar. Bij de overgang veranderde de dichtheid van 1,08 naar 1,3 g/cm3. Eerder, in 1972, bracht een groep in Livermore, Californië, verslag uit over een soortgelijk experiment waarbij zij een druk-volumepunt met het middelpunt op 2 Mbar waarnamen. Voorspellingen zeggen dat metallisch waterstof metastabiel zou kunnen zijn; anderen hebben voorspeld dat het een supergeleider zou zijn bij kamertemperatuur.

Compounds

Hoewel zuivere waterstof een gas is, vinden we er zeer weinig van in onze atmosfeer. Waterstofgas is zo licht dat het, ongebundeld, door botsingen met andere gassen voldoende snelheid zal krijgen om snel uit de atmosfeer te worden uitgestoten. Op aarde komt waterstof voornamelijk voor in combinatie met zuurstof in water, maar het is ook aanwezig in organisch materiaal zoals levende planten, petroleum, steenkool, enz. Het is aanwezig als vrij element in de atmosfeer, maar slechts in minder dan 1 ppm per volume. Het is aanwezig als vrij element in de atmosfeer, maar slechts minder dan 1 ppm per volume. Waterstof is het lichtste van alle gassen en verbindt zich met andere elementen – soms op explosieve wijze – om verbindingen te vormen.

Toepassingen

In de handel zijn grote hoeveelheden waterstof nodig voor stikstoffixatie met behulp van het Haber-ammoniakproces, en voor de hydrogenering van vetten en oliën. Het wordt ook in grote hoeveelheden gebruikt bij de productie van methanol, bij hydrodealkylering, hydrocracking en ontzwaveling. Andere toepassingen zijn raketbrandstof, lassen, de productie van zoutzuur, het verkleinen van metaalertsen en het vullen van ballonnen.

Het hefvermogen van 1 kubieke voet waterstofgas is ongeveer 0,07 lb bij °C, 760 mm druk.

De waterstofbrandstofcel is een technologie in ontwikkeling waarmee grote hoeveelheden elektrische energie kunnen worden verkregen met behulp van een bron van waterstofgas.

Er wordt nagedacht over een volledige economie gebaseerd op waterstof uit zonne-energie en kernenergie. De aanvaarding door het publiek, de hoge kapitaalinvesteringen en de hoge kosten van waterstof ten opzichte van de huidige brandstoffen zijn slechts enkele van de problemen waarmee een dergelijke economie wordt geconfronteerd. Elektriciteitscentrales in afgelegen gebieden zouden zeewater elektrolyseren; de geproduceerde waterstof zou via pijpleidingen naar verafgelegen steden worden vervoerd. Verontreinigingsvrije waterstof zou aardgas, benzine, enz. kunnen vervangen en kunnen dienen als reductiemiddel in de metallurgie, chemische verwerking, raffinage, enz. Het zou ook kunnen worden gebruikt om afval om te zetten in methaan en ethyleen.

Vormen

Naast de isotopen is aangetoond dat waterstofgas onder normale omstandigheden een mengsel is van twee soorten moleculen, ortho- en para-waterstof genoemd, die van elkaar verschillen door de spins van hun elektronen en kernen.

Normale waterstof bij kamertemperatuur bevat 25% van de para vorm en 75% van de ortho vorm. De orthovorm kan niet in zuivere vorm worden bereid. Aangezien de twee vormen verschillen in energie, verschillen ook de fysische eigenschappen. Het smelt- en kookpunt van parawaterstof liggen ongeveer 0,1°C lager dan dat van normale waterstof.

Isotopen

De gewone isotoop van waterstof, H, staat bekend als Protium, de andere twee isotopen zijn Deuterium (een proton en een neutron) en Tritium (een proton en twee neutronen). Waterstof is het enige element waarvan de isotopen verschillende namen hebben gekregen. Deuterium en Tritium worden beide gebruikt als brandstof in kernfusiereactoren. Een atoom deuterium komt voor in ongeveer 6000 gewone waterstofatomen.

Deuterium wordt gebruikt als moderator om neutronen af te remmen. Tritiumatomen zijn ook aanwezig, maar in veel kleinere hoeveelheden. Tritium wordt gemakkelijk geproduceerd in kernreactoren en wordt gebruikt bij de productie van de waterstofbom (fusiebom). Het wordt ook gebruikt als radioactieve stof bij het maken van lichtgevende verf, en als tracer.