{| border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" align="right" ! colspan="2" bgcolor="#cccc99" | Algemeen |----- | Naam | Waterstof |----- | Symbool | H |----- | Atoomnummer | 1 |----- | Groep | Alkalimetaal |----- | Periode | Periode 1 |----- | Blok | S blok |----- | Reeks | Niet-metaal |----- | Kleur | Kleurloos |----- ! colspan="2" bgcolor="#cccc99" | Chemische eigenschappen |----- | Atoommassa (u) | 1,0079 |----- | Elektronenconfiguratie | 1s1 |----- | Oxidatietoestanden | +1 |----- | Elektronegativiteit (Pauling) | 2,1 |----- | Atoomstraal (pm) | 78 |----- | 1ste Ionisatiepotentiaal (kJ×mol-1) | 1312,06 |----- ! colspan="2" bgcolor="#cccc99" | Fysische eigenschappen |----- | Dichtheid (kg×m-3) | 0,08988 |----- | Hardheid (Mohs) | ## |----- | Smeltpunt (K) | 14 |----- | Kookpunt (K) | 20 |----- | Aggregatietoestand | Gas |----- | Smeltwarmte (kJ×mol-1) | 0,12 |----- | Verdampingswarmte (kJ×mol-1) | 0,46 |----- | van der Waals straal (pm) | 120 |----- | Kristalstruktuur | ## |----- | Molair volume (m3×mol-1) | 13,26 |----- | Dampdruk (Pa) | ## |----- | Geluidssnelheid (m×s-1) | ## |----- | Specifieke warmte (J×kg-1×K-1) | 14304 |----- | Elektrische weerstand (μ&Omegacm) | ## |----- | Warmtegeleiding (W×m-1×K-1) | 0,183 |----- ! colspan=2 bgcolor="#cccc99" | Stabiele isotopen |---- | colspan=2 | {| border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" width=100% |----- ! Iso ! RA (%) ! Halveringstijd ! VV ! VE (MeV) ! VP |---- | 1H | 99,985 | colspan=4 | stabiel met 0 neutronen |---- | 2H | 0,015 | colspan=4 | stabiel met 1 neutron |---- | 3H | syn | 12,33 j | &beta | 0,019 | 3He |} |----- ! colspan=2 bgcolor="#cccc99" | SI eenh. & STD worden gebruikt tenzij anders aangegeven. |} Buurelementen
{| border=1 bgcolor=#F9FFFF |----- | |H | |----- |He |Li |Be |}
Waterstof is een scheikundig element met symbool H en atoomnummer 1.
Waterstof komt voor als kleurloos, reukloos en zeer ontvlambaar twee-atomig gas. Waterstof is éénwaardig en behoort niet tot de metalen. Waterstof vormt het lichtste gas dat bestaat en is het meest voorkomende element in het heelal. Water, organische stoffen en levende organismen bestaan onder andere uit waterstof. Waterstof kan met bijna elk element reageren. Sterren bestaan een groot deel van hun bestaan vooral uit waterstof, in de plasma fase. Waterstof speelt een rol bij de productie van ammoniak, wordt gebruikt voor verticale opstuwing, als alternatieve brandstof en sinds kort als energiebron in brandstofcellen.
Opvallende eigenschappen
Waterstof is het lichtste element. De meest voorkomende isotoop bestaat slechts uit één proton en één elektron. Bij normale temperatuur en druk vormt waterstof een twee-atomig gas, H2, met een kookpunt van slechts 20,27 K en een smeltpunt van 14,02 K. Onder extreem hoge druk, zoals voorkomt in zware sterren (gas reuzen), verliezen de moleculen hun identiteit en wordt het waterstof een vloeibaar metaal. Bij extreem lage druk, zoals voorkomt in de ruimte tussen de sterren, komt waterstof vooral voor in de vorm van losse atomen, eenvoudig omdat er geen gelegenheid is om tot een molecuul te combineren; wolken waterstof staan aan de oorsprong van stervorming.
Waterstof speelt een vitale rol in het op gang houden van processen in het universum door de kernfusie processen tussen waterstofatomen waarbij helium kernen worden gevormd. Hierbij komen enorme hoeveelheden energie vrij.
Toepassingen
Voor industriele toepassingen zijn grote hoeveelheden waterstof nodig, onder andere in het Haber proces waarin ammoniak geproduceerd wordt, de hydrogenatie van vetten en oliën, en de productie van methanol.
Ander toepassingen waar waterstof voor nodig is:
- Hydro-alkylatie, hydro-ontzwaveling, hydro-kraken.
- Productie van zoutzuur, lassen, als raketbrandstof, en de voor reductie van metaalertsen.
- Vloeibaar waterstof wordt gebruikt bij cryogeen onderzoek, onder meer in studies naar supergeleiding,
- Tritium wordt geproduceerd in kernreactoren en is nodig voor de fabricatie van een waterstofbom.
- Waterstofgas is ruim veertien keer lichter dan lucht. Om die reden werd het in het verleden veel toegepast als vulling in ballonnen en zeppelinss.
- Deuterium wordt in nucleaire toepassingen gebruikt als moderator om neutronen te vertragen. Deuterium verbindingen vinden ook toepassingen in de chemie en biologie bij studies naar isotoop effecten op reakties, en voor gebruik in NMR experimenten en neutronenverstrooiing waar gewoon waterstof de meting zou verstoren.
- Tritium wordt in biologische en biomedische wetenschappen gebruikt als isotoop label, en als stralingsbron in lichtgevende verf.
Waterstof kan als brandstof dienen in een verbrandingsmotor. Waterstof brandstofcellen worden beschouwd als een manier om in de toekomst goedkoop en milieuvriendelijk elektrische energie te produceren. Geschiedenis
De engelse term 'Hydrogen' is afgeleid uit het grieks en betekent letterlijk 'watermaker'; dat komt dus dichtbij de Nederlandse naam. In 1776 ontdekte Henry Cavendish waterstof als aparte stof. Antoine Lavoisier gaf het de huidige naam.
Verspreiding
Het element waterstof is het meest voorkomende element in het heelal. Meer dan 90% van de atomen in het heelal zijn waterstofatomen, zij vormen meer dan 75% van de atomaire massa in het universum.
Het element wordt in kolossale hoeveelheden aangetroffen in sterren en reusachtige gasplaneten. In de aardatmosfeer daarentegen is waterstof als element nauwelijks aanwezig (1 ppm). Een groot deel van de waterstof die op aarde voorkomt is gebonden in water. Een water molecuul bestaat uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom (H2O). Verder komen waterstof-atomen veel voor in organische verbindingen en fossiele brandstoffen. Methaan (CHH4), dat als bijproduct ontstaat bij de afbraak van organisch materiaal, is een belangrijke leverancier van waterstof.
Waterstofgas kan op verschillende manieren worden gemaakt: door stoom over verhit koolstof te leiden, door koolwaterstoffen op hoge temperatuur af te breken in de elementaire bestanddelen, door natrium-of kaliumhydroxide met aluminum te laten reageren, door elektrolyse van water of door zuren met metalen te laten reageren.
Verbindingen
Waterstof kan met de meeste andere elementen verbindingen aangaan. De elektronegativiteit van waterstof is 2,2, daarom kan het in verbindingen zowel de meer metallische als de meer niet-metallische component zijn. Eerstgenoemde verbindingen worden hydriden genoemd, waarbij waterstof ofwel als H- ionen deelneemt ofwel als atomen tussen het rooster van een ander element als opgeloste stof (zoals bijvoorbeeld in Palladium hydride). In laatstgenoemde verbindingen kan het waterstof worden gezien als covalent gebonden.
Het H+ ion komt in de chemie nooit alleen voor. Dit zou slechts een kern zonder elektronenschil zijn die daarom sterk de neiging heeft elektronen aan te trekken. In een zure oplossing, die vaak wordt beschreven als een oplossing waarin vrije H+ ionen voorkomen, zijn die ionen echter gebonden in ionen als H3O+ omdat de protonen zo reactief zijn.
Waterstof kan samen met zuurstof water vormen, H2O. Hierbij komt veel energie vrij. Daarom is een mengsel van waterstof en lucht explosief.
Deuterium oxide, of D2O, wordt meestal zwaar water genoemd. Waterstof kan ook veel verschillende verbindingen met koolstof aangaan. Dergelijke verbindingen worden organische verbindingen genoemd, omdat veel ervan in levende organismen voorkomen. Het onderzoek naar de eigenschappen van deze verbindingen wordt organische chemie genoemd.
Verschijningsvormen
Onder normale omstandigheden is waterstofgas een mengsel van twee verschillende soorten moleculen die van elkaar verschillen in de draairichting die de atoomkernen hebben, ook wel 'spin' genoemd. Deze twee vormen worden ortho- en parawaterstof genoemd (niet te verwarren met isotopen, zie hier onder). Bij normale temperatuur en druk bestaat waterstof voor 25% uit de para en 75% uit de ortho vorm. De ortho vorm kan niet in zuivere vorm bereid worden. De twee vormen hebben een ongelijk energie niveau en daarmee licht verschillende fysische eigenschappen. Zo zijn bijvoorbeeld de smelt- en kookpunten van parawaterstof ongeveer 0,1 K lager dan die van orthowaterstof (de zogenaamde 'normale' verschijningsvorm).
Isotopen
De meest voorkomende waterstof isotoop, protium, heeft geen neutronen in de kern, deuterium heeft er één en radioactief tritium twee. De twee stabiele isotopen zijn protium (1H) en deuterium (2H, D). Van alle waterstof is 0,0184-0,0082% deuterium, en een nog kleinere fractie tritium.
Waterstof is het enige element dat voor zijn verschilende isotopen ook verchillende namen heeft.
Waarschuwing
Waterstofgas is zeer licht ontvlambaar. Het reageert ook heftig met chloor en fluor.
D2O, of zwaar water is giftig, maar de hoeveelheid die nodig is om een mens te doden is betrekkelijk groot.
Zie ook:
- Scheikunde
- Periodiek systeem
- Isotopentabel
- Lijst met elementen
- Naburige elementen
Externe links:
nds:Waterstoff simple:Hydrogen 
