Wasserstoff ist mit ca. einem Proton und einem Elektron das leichteste der chemischen Elemente.

Molekularer Wasserstoff H₂ ist bei normaler Temperatur ein geruchloses und farbloses Gas, etwa 14-mal leichter als Luft. Sein Diffusionsvermögen (aufgrund seines kleinen Molekulargewichtes) und seine Wärmeleitfähigkeit sind die höchsten aller Gase und führen zu einer Reihe von technischen Problemen beim Umgang mit Wasserstoff.

Die Kernfusion von Wasserstoff über die Zwischenstufen Deuterium und Tritium zu Helium in Sternen bildet deren Energiequelle. Diese Reaktion wird vom Menschen in der Wasserstoffbombe und in experimentellen Fusionsreaktoren genutzt.

Neben seiner Verwendung als Energiespeicher beziehungsweise Energielieferant (Schweißen, Raketentreibstoff) wird molekularer Wasserstoff H₂ als Reduktionsmittel von Metalloxiden und Stickstoff (Haber-Bosch-Synthese), sowie zur Kohlehydrierung und Fetthärtung eingesetzt.

Weitere Anwendungen sind:

• als Cryogen, Anwendungen beispielsweise bei der Supraleitung)
• Brennstoffzelle

Das Wasserstoffatom wird aufgrund seines einfachen Aufbaus als "Modellatom" in der quantenmechanischen Beschreibung aller Atome benutzt. Es ist das einzige Atom, für das sich die möglichen Eigenzustände des Elektrons immerhin näherungsweise ohne den Einsatz numerischer Verfahren berechnen lassen. Dieses ist sonst ca. für Ionen möglich, denen lediglich ein Elektron verblieben ist (beispielsweise He ⁺ , Li^{2 +} , ...).

Entdeckt wurde Wasserstoff vom englischen Chemiker Henry Cavendish in dem Jahre 1766. Benannt wurde es von Antoine Lavoisier.

Wasserstoff macht 75 Prozent der gesamten Masse beziehungsweise 90 Prozent aller Atome in dem Universum aus. In der Atmosphäre der Erde liegt Wasserstoff jedoch ca. in Konzentrationen unter 1 ppm vor; der überwiegende Teil des Wasserstoffs auf der Erde ist in Wasser (an Sauerstoff gebunden) vorhanden. Andere natürliche Vorkommen sind Kohle, Fossilien, und natürliche Gase, beispielsweise Methan (CH₄).

Reaktion verdünnter Säuren mit Metallen (z. B. Zink), durch Elektrolyse von Wasser, Natronlauge oder wässrigen Natriumchlorid-Lösungen (Chlor-Alkali-Elektrolyse), durch Zersetzung des Wassers durch Alkalimetalle und durch chemische Reaktion (Reformierung ) von Erdgas und anderen Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf (Steam-Reforming).

Siehe auch: Wasserstoffherstellung, Wasserstoffspeicherung, Elektrolyseur

Wasserstoff geht mit den meisten chemischen Elementen Verbindungen ein. Durch seine Elektronegativität von 2,2 kann Wasserstoff Verbindungen sowohl als metallischer als auch als nichtmetallischer Partner eingehen, indem es entweder ein Elektron abgibt oder eins aufnimmt. Allerdings wird das Elektron zumeist nicht vollständig abgegeben, da sonst ein blankes Proton verbleiben würde, so dass Verbindungen, bei denen Wasserstoff der weniger elektronegative Partner ist, einen hohen kovalenten Anteil haben. Als Beispiele seien HF (Hydrogenfluorid) oder HCl (Hydrogenchlorid) genannt. Säuren spalten in Wasser Protonen = H⁺-Ionen ab. Isolierte H⁺-Ionen in wässriger Lösung verbinden sich sofort mit Wassermolekülen zu H₃O⁺-Ionen (Säure).

In Verbindung mit Metallen kann Wasserstoff aber auch jeweils ein Elektron aufnehmen, so dass negativ geladene Wasserstoffionen entstehen, die mit Metallkationen Salze bilden. Diese Verbindungen werden Hydride genannt. Metallhydride reagieren sehr heftig mit Wasser unter Freisetzung von Wasserstoff und können sich an der Luft selbst entzünden, sind aber in der Mehrzahl nicht explosiv.

Molekularer Wasserstoff H₂ reagiert mit molekularem Sauerstoff O₂ zu Wasser (H₂O) und zwar zwei Mole H₂ mit 1 Mol O₂:

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O.

Bei dieser Knallgasreaktion wird Energie frei. Wird Protium (H) durch das doppelt so schwere Wasserstoff-Isotop Deuterium(D) mit einem Proton und einem Neutron in dem Atomkern ersetzt, so erhält man schweres Wasser (D₂O). Wasserstoff bildet auch Verbindungen mit Kohlenstoff zu organischen Verbindungen (Kohlenwasserstoffen), deren Studium sich die organische Chemie verschrieben hat.

Minerale, die Wasserstoff enthalten, sind Hydrate oder Hydroxide.

Andere Wasserstoffverbindungen:

• Wasserstoffoxid (Wasser)
• Wasserstoffperoxid
• Dihydrogentrioxid
• Ammoniak
• Hydride
• Peptide
• Proteine
• Zucker
• Schwefelwasserstoff
• Säuren

Unter normalen Bedingungen ist Wasserstoffgas H₂ ein Gemisch zweier Molekülarten, die sich durch die "Richtung" ihrer Elektronenspins und Kernspins unterscheiden. Diese beiden Formen sind als ortho- (normale Form) und para-Wasserstoff bekannt (im Unterschied zu den verschiedenen Wasserstoffisotopen). Unter Standardbedingungen liegen 25 Prozent des Wasserstoffs als para-Form und 75 Prozent als ortho-Form vor, wobei die ortho-Form nicht gereinigt werden kann. Die beiden Molekülarten unterscheiden sich in ihrer Energie, was zu leicht unterschiedlichen physikalischen Merkmalen führt. So liegen beispielsweise der Schmelz- und Siedepunkt der para-Form etwa 0,1K unter denen der ortho-Form.

Das häufigste Wasserstoff-Isotop, Protium (¹H), hat keine Neutronen; die beiden anderen haben ein (Deuterium, ²H, D) beziehungsweise zwei (Tritium, ³H) Neutronen. Protium und Deuterium sind stabil. Deuterium macht 0,0184-0,0082 Prozent aller Wasserstoffatome aus (nach IUPAC). Tritium ist radioaktiv.

Wasserstoff ist das einzige Element, dessen Isotope eigene Namen haben.

Molekularer Wasserstoff ist ein leicht brennbares Gas. Beim Mischen mit Luft zu einem Volumengehalt von 4 Prozent bis 76 Prozent Wasserstoff entsteht Knallgas, das bereits durch einen wenig energiereichen Funken zur Explosion gebracht werden kann. Es reagiert auch heftig mit Chlor und Fluor. D₂O, auch schweres Wasser genannt, ist giftig für viele Lebewesen. Allerdings ist die für Menschen gefährliche Menge recht groß.

Wird molekularer Wasserstoff in einfachen Metalltanks gelagert, so kommt es wegen der kleinen Molekülgröße zu Diffusion, das heißt Gas tritt langsam aus. Dies ist insbesondere für mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge problematisch, wenn diese lange an einem abgeschlossenen Platz (Garage, Tiefgarage) stehen. Zudem rechnet man beim Betanken mit relativ hohen Verlusten von einigen % der Gesamtmenge. Flüssiger Wasserstoff in Metalltanks neigt bei Beschädigungen oder Lecks zur Selbstentzündung.

Molekularer Wasserstoff lässt sich durch die Knallgasprobe nachweisen. Dabei entzündet man eine kleine Menge Wasserstoff in einem Reagenzglas. Wenn danach ein dumpfer Knall (eigentlich mehr ein Bellen) zu hören ist, so ist der Nachweis positiv (das heißt es war Wasserstoff im Reagenzglas). Der Knall kommt durch die Reaktion von Wasserstoffgas mit dem Luftsauerstoff zustande:

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O (exotherme Reaktion)

Siehe auch: Periodensystem, Wasserstoffbrücke, Antiwasserstoff, Brennstoffzelle, Elektrolyse

• http://www.hydrogeit.de - Informationen über Wasserstoff und Brennstoffzellen
• http://www.hzwei.info - Das Magazin für Wasserstoff und Brennstoffzellen
• http://periodic.lanl.gov/elements/H.html - Los Alamos National Laboratory: Wasserstoff
• http://www.webelements.com/webelements/elements/text/H/index.html - WebElements.com: Wasserstoff
• http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/H.html - Wasserstoff
• http://www.hydox.de/wasserstoff.htm
• http://www.hydrogen.org/indexd.html
• http://www.hydrogeit-verlag.de - Verlag für Wasserstoff & Brennstoffzellen
• http://www.hyweb.de/ - Wasserstoff und Brennstoffzellen Informationssystem
• http://www.nap.edu/books/0309091632/html/ - Buch über Wasserstofftechnologie
• http://www.chemieseite.de/hauptelemente/node3.php Wasserstoff
• http://www.dwv-info.de/publikationen/2004/pm_04st.pdf (PDF) - Über die Rolle des Wasserstoffs in existierenden und zukünftigen Energiesystemen