Wasserstoff

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Arbeitsblatt zum Wasserstoff
Arbeitsblatt Wasserstoff Herstellung

Entdeckt wurde Wasserstoff vom englischen Chemiker und Physiker Henry Cavendish im Jahre 1766, als er mit Quecksilber und Säuren experimentierte. Als er die beiden Substanzen zusammenbrachte, entstanden im Gemisch kleine Gasbläschen.

Das Element (die Atomart) Wasserstoff (Symbol: H) bildet als Elementsubstanz ein geruchloses, farbloses und brennbares Gas, welches aus Molekülen mit der Formel H2 aufgebaut ist.

Wasserstoff hat eine Dichte von 0,084 g/l und ist damit das „leichteste“ Element. Bei -253°C wird es flüssig und erstarrt bei -259°C  zum Feststoff. In Gemischen mit Luft oder Sauerstoff reagiert Wasserstoff explosionsartig. Dieses Gemisch nennt der Chemiker Knallgas. Bei höheren Temperaturen reagiert es mit vielen Metallen und Nichtmetallen heftig, wobei die entsprechenden Hydride gebildet werden. In Magnesiumhydrid \( (MgH_2) \) lösen sich 800 Liter Wasserstoff pro kg Hydrid. Damit wird es für die Nutzung als Energiespeicher interessant, da diese Energiedichte größer als die der gegenwärtigen Batterien ist. In Wasser ist Wasserstoff nur sehr wenig löslich. Eine besondere Eigenschaft von Wasserstoff ist, in Metalle einzudringen (diffundieren)  und mit ihnen „nichtstöchiometrische Metallhydride“ zu bilden.

Cavendishs Apparatur zur Darstellung von Gasen findet in weiterentwickelter Form noch heute statt.
Das pneumatische Auffangen von wenig wasserlöslichen Gasen ist ein Standardverfahren im Labor.

Die industrielle Produktion von Wasserstoff erfolgt zum großen Teil aus Erdöl, Erdgas und Biomasse. Dort wird im Dampfreforming-Verfahren Wasserstoff gewonnen. Die Weltproduktion von Wasserstoff liegt bei ca. 350 Milliarden Tonnen pro Jahr. Wasserstoff wird für technische Hydrierungen und die verschiedensten chemischen Synthesen eingesetzt. Sein Einsatz zur Herstellung von Ammoniak hat die Hochdruckchemieindustrie begründet. Das Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniaksynthese wird seit 1913 betrieben. Zur Gewinnung von Metallen wie Wolfram und Chrom, werden ihre Erze mit Wasserstoff zu den Metallen reduziert.

Im folgenden Video erfährst Du mehr über das Element und den Stoff Wasserstoff.

Wasserstoff wurde bis 1937 als Füllgas für Luftschiffe eingesetzt. Dabei kam es aber immer wieder zu Katastrophen, die Menschenleben kosteten. Diese gipfelten im Absturz des Zeppelins „Hindenburg“.

Eine Liste von Unglücken mit Luftschiffen gibt es hier!

Wasserstoff ist heute wieder im Gespräch nachdem dieser Stoff lange als zu gefährlich und unkontrollierbar galt. Nun tankt man Wasserstoff wieder in Busse, PKW und einige andere Fahrzeuge. Für Füllungen von Wetterbalone und unbemannte Luftschiffe ist er immer noch eine preisgünstige Variante.

Wasserstoff ist natürlich im Chemieunterricht hergestellt eine spektakuläre Substanz, die mit der Knallgasprobe nachgewiesen werden kann. Die Bildung von explosiven Gemischen aus Sauerstoff der Luft und Wassserstoff wird hier genutzt.

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Die schwimmende Kanonenkugel

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Worin oder besser worauf könnte eine Kugel mit einer Dichte von 7,8 g/cm³ schwimmen?
Gibt es eine Flüssigkeit mit höher Dichte? Wasser hat eine Dichte von 1g/cm³. Alles, was dichter als Wasser ist, sinkt, Stoffe mit geringerer Dichte schwimmen und Stoffe mit vergleichbarer Dichte würden im Wasser schweben.

Die Flüssigkeit ist Quecksilber!

Die Kanonenkugel schwimmt auf einer Flüssigkeit, die eine Dichte von 13,5 g/cm³ hat.

Beleibt die Frage Erstens: „Wer hat so ein Becken voll von giftigem Quecksilber irgendwo frei rumstehen?“ und zweitens „Wieso kann der Herr daneben stehen und das ohne Schutzkleidung?“

Nun, die erste Frage kann man beantworten, wenn man weiß, dass Fensterglas im Floating-Verfahren hergestellt wird und dabei die Glasfläche auf einer super glatten Zinnoberfläche gleitet und perfekt erstarrt. Quecksilber spielten historischen Verfahren zur Spiegelherstellung eine Rolle. Solch ein Becken sollte aber heut nur zu wissenschaftlichen Zwecken aufgestellt sein.

Zu Frage 2 nur so viel: Wir würden sowas nicht tun!

…und das auch nicht!

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Reaktion von unedlen Metallen mit Wasser

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Wirft man einen Goldring in das Wasser, so muss man sich keine Sorgen machen, dass das gute Stück verloren ist, denn Gold ist reaktionsträge ..ähh „edel“ . Bei einem Stück Natrium oder Kalium ist das anders.

Unedle Metalle reagieren unter Wärmentwicklung(exotherm) mit Wasser, wobei basische Lösungen und gasförmiger Wasserstoff entstehen. Die Reaktionswärme reicht meist aus, den entstehenden Wasserstoff sofort zu entzünden.

Damit besteht bei diesen Experimenten immer Explosionsgefahr!

Metall + Wasser —> Lauge + Wasserstoff

oder genauer:

Metall (unedel) + Wasser —-> Metallhydroxid(Base) + Wasserstoff

Dass man das auch übertreiben kann, erleben wir immer wieder mit den Herren von „Brainiac„, einer britischen Fernsehreihe.

Rubidium , Cäsium und maybe more …

Allgemein gilt also:

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