Waterstof (element)

Werk in uitvoering!
Aan dit artikel wordt de komende uren of dagen nog gewerkt.
Belangrijk: Laat dit sjabloon niet langer staan dan nodig is, anders ontmoedig je anderen om het artikel te verbeteren.
De maximale houdbaarheid van dit sjabloon is twee weken na de laatste bewerking aan het artikel.
Kijk in de geschiedenis of je het artikel kunt bewerken zonder een bewerkingsconflict te veroorzaken.

Dit artikel is nog niet af.

Portaal Scheikunde
Chemisch element

Automobilist tankt waterstofgas
Naam	Waterstof / Hydrogenium (Latijn)
Latijn
Symbool	H
Atoomnummer	1
Soort	Gas
Kleur
Smeltpunt	− 259,2 ^oC
Kookpunt	− 252,9 ^oC

Waterstof is een chemisch element in de scheikunde. Waterstof heeft als symbool H, van het Latijnse woord Hydrogenium. In het Engels heet het hydrogen. Het heeft atoomnummer 1 en is het het eerste element op het Periodiek Systeem en staat daarom helemaal linksboven. Het komt meestal voor als een gas met H₂ moleculen (di-waterstof). Als gas is het kleurloos, geurloos, niet giftig en zeer brandbaar en alleen bij een zeer lage temperatuur wordt het vloeibaar.

Waterstof is de meest voorkomende chemische stof in het universum en vormt daar ongeveer 75% van alle normale materie. Sterren zoals de Zon bestaan voornamelijk uit waterstof in de plasmatoestand (elektrisch geladen gas). De meeste waterstof op aarde bestaat in moleculaire vormen zoals water en organische verbindingen (chemische verbinding die in ieder geval één koolstof-atoom bevat). Deze verbindingen worden ook koolwaterstoffen genoemd. In de chemie (industrie) zijn er miljoenen koolwaterstoffen bekend.

Modellen van waterstof en waterstofverbindingen

Dihydrogen-cation-3D-vdW.png

Di-waterstof (H₂) molecuul met twee waterstof-atomen
Water molecuul (H₂O), met 2 atomen waterstof (H) en 1 atoom zuurstof (O)
Organische verbinding methaan (CH₄) molecuul met 1 koolstof atoom (C) en 4 waterstof atomen (H)
Butaangas (C₄H₁₀) molecuul, met 4 koolstof (C) en 10 waterstof atomen

Geschiedenis

In het vroege heelal vond de vorming van protonen, de kernen van waterstof, plaats tijdens de eerste seconde na de oerknal. De opkomst van neutrale waterstofatomen in het hele universum vond ongeveer 370.000 jaar later plaats. Waterstofgas werd voor het eerst kunstmatig geproduceerd in het begin van de 16e eeuw door de reactie van zuren op metalen. Al in 1671 was het bestaan van het element bekend, maar men wist niet dat het om waterstof ging. In 1671 ontdekt en beschrijft de Anglo-Ierse Robert Boyle (ook bekend van de wet van Boyle) de reactie tussen ijzer vijlsel en verdunde zuren, die resulteert in de productie van een gas. Welk gas dit precies was werd pas in 1766 door de Engelsman Henry Cavendish ontdekt. Henry Cavendish was de eerste die inzag dat waterstofgas een afzonderlijke substantie was, en dat het water produceert bij verbranding, de eigenschap waarnaar het een paar jaar later werd genoemd: in het Grieks betekent waterstof "water-vormer". Het noemde het ontstane gas eerst nog "ontvlambare lucht". Hij vond verder in 1781 uit dat het gas water produceert wanneer het wordt verbrand. In 1783 gaf de Fransman Antoine Lavoisier het element de naam waterstof (van het Griekse ὑδρο- hydro wat "water" betekent en -γενής genen wat "voormalig" betekent). Waterstof werd voor het eerst vloeibaar gemaakt door James Dewar in 1898 met behulp van regeneratieve koeling en zijn uitvinding, de vacuümfles. Regeneratieve koeling wordt ook toegepast in 'super' diepvrieskasten, en het is een methode voor het koelen van gassen waarbij gecomprimeerd (samengeperst) gas wordt gekoeld door het te laten uitzetten en daardoor warmte uit de omgeving haalt.

Gebruik

Waterstof komt eigenlijk nooit in zijn eentje als chemisch element in de natuur voor (in zuivere vorm), maar het is altijd aanwezig in een verbinding met andere element (in de vorm van een stof dus). Waterstof wordt vaak verward met diwaterstof. Di-waterstof zijn twee waterstof-atomen aan elkaar geplakt (zie model). Diwaterstof komt voor in de lucht en is de gasvorm van water. Waterstof is ook weer iets anders dan water. Water bestaat namelijk uit waterstof en zuurstof. Vandaar ook de naam H₂O (H is het symbool voor waterstof en O die voor zuurstof).

Waterstof is het meest voorkomende element in ons universum. Ook is het het enige element zonder neutronen.

Waterstof wordt gebruikt voor het maken van Ammonium, zoutzuur en brandstof voor raketten. Ook werd het vroeger in zeppelins en luchtbalonnen gedaan. Waterstof is 14 keer zo licht als lucht, waardoor een luchtschip of ballon opstijgt. Echter is waterstof ook erg brandbaar, waardoor tegenwoordig liever voor helium wordt gekozen. Met de zeppelin de Hindenburg liep het slecht af, doordat deze met waterstof was gevuld en bij de landing ontplofte en in brand vloog (filmpje).

De industriële productie vindt voornamelijk plaats door stoomreforming van aardgas. Hierbij wordt aardgas samengevoegd met stoom (damp wat bij het koken van water ontstaat) bij een temperatuur van 850°C en een druk van 25 bar. Hierdoor verandert het aardgas samen met het (stomende) water in waterstof en kooldioxide, een soort gas dat je ook uitademt. Minder vaak wordt waterstof gemaakt door methoden zoals elektrolyse van water. Dat kost echter veel meer energie.

Een probleem met Waterstof is dat het veel metalen broos (makkelijk scheurend of brekend) kan maken. Iets wat het ontwerp van pijpleidingen en opslagtanks bemoeilijkt. Aan de binnenzijde van dergelijke leidingen en tanks moet dus een beschermende laag worden aangebracht waarop de waterstof geen invloed heeft. Tegelijkertijd moeten de leidingen en tanks heel stevig zijn omdat de opslag van waterstof onder grote druk gaat.

De nikkel-waterstof batterij werd voor het eerst gebruikt in 1977 aan boord van de navigatietechnologie satelliet-2 (NTS-2) van de Amerikaanse marine. Zo zijn het ISS, Mars Odyssey en de Mars Global Surveyor uitgerust met nikkel-waterstofbatterijen. In het donkere deel van zijn baan wordt de Hubble-ruimtetelescoop ook aangedreven door nikkel-waterstofbatterijen, die uiteindelijk in mei 2009 meer dan 19 jaar na de lancering en 13 jaar na hun ontwerplevensduur werden vervangen.