Wasserstoff

Wasserstoff (Hydrogenium) H, chemisch einfacher gasförmiger Körper, findet sich im freien Zustand in sehr geringer Menge (1,5 Vol. in 10,000 Vol.) in der Atmosphäre, in den von Vulkanen ausgestoßenen Gasen, auch in den Gasen, die den Erdölquellen entströmen, in Klüften des Carnallits, im Steinsalz von Wieliczka und im verdichteten Zustand in Meteoriten. Auf der Sonne tritt er in großen Mengen auf, auch auf jedem Fixstern und jedem Nebelfleck ist W. spektroskopisch nachgewiesen worden. Bei der Zersetzung vieler organischer Stoffe durch Gärung und trockene Destillation scheidet er sich aus Verbindungen ab und findet sich daher in Sumpfgas, in Darmgasen, in der ausgeatmeten Luft und im Leuchtgas. Viel weiter verbreitet sind Wasserstoffverbindungen, namentlich die Verbindung mit Sauerstoff: das Wasser (das 11,19 Proz. W. enthält), die Stickstoffverbindung: das Ammoniak, Kohlenstoffverbindungen: die zahlreichen natürlich vorkommenden Kohlenwasserstoffe (Erdöl, Sumpfgas). Mit Sauerstoff und Kohlenstoff, oft auch mit Stickstoff verbunden, ist W. ein Bestandteil aller organischen Körper. Zur Darstellung von reinem W. zersetzt man Wasser durch den elektrischen Strom oder durch Natrium, das sich des Sauerstoffes des Wassers bemächtigt, so daß der W. frei wird, oder man behandelt reines Zink mit Kalilauge oder mit reiner verdünnter Schwefelsäure. Im letztern Falle wird die Gasentwickelung sehr beschleunigt, wenn man Platinblech oder einige Tropfen Platinchloridlösung zu dem Zink bringt. Größere Mengen W. gewinnt man aus Eisen, besser aus Zink und gewöhnlicher verdünnter Schwefelsäure, wobei schwefelsaures Eisenoxydul, resp. schwefelsaures Zink als Nebenprodukte erhalten werden. Dies Gas kann mit Arsen-, Phosphor- und Schwefelwasserstoff, bei Anwendung von Eisen mit übelriechenden Kohlenwasserstoffen verunreinigt sein und muß durch geeignete Waschflüssigkeiten gereinigt werden. Sehr bequem erhält man W. durch Erhitzen von Ätzkalk mit Zinkstaub auf Rotglut. Die Mischung kann in verlöteten Blechbüchsen vorrätig gehalten werden, wenn man den Ätzkalk bei 300° scharf getrocknet hatte. Leitet man Wasserdampf über glühendes Eisen, so entstehen Eisenoxyduloxyd und W. Man erhitzt auch Ätzkalk mit Koks oder Anthrazit in einer Retorte und leitet das entweichende Gemisch von W. und Kohlensäure durch Kalkmilch, um die Kohlensäure zu beseitigen. Über das in der Retorte bleibende Gemisch von kohlensaurem Kalk und Kohle wird überhitzter Wasserdampf geleitet und dadurch Ätzkalk regeneriert, so daß man ohne weiteres von neuem W. erhalten kann, solange noch Kohle vorhanden ist. Aus Wassergas erhält man reinen W., wenn man es bei 300° über Kalziumkarbid leitet. Das Karbid zersetzt, bez. absorbiert Kohlenoxyd, Kohlensäure, Stickstoff und die gesättigten Kohlenwasserstoffe. Unter einem Druck von 2–3 Atmosphären wird Acetylen durch einen glühenden Draht in Kohlenstoff (Ruß) und W. zersetzt. W. ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas vom spez. Gew. 0,0696 (1 Lit. wiegt 0,08995 g). Er wird durch Abkühlen auf -220°, Zusammenpressen unter einem Druck von 180 Atmosphären und plötzliches Entspannen zu einer farblosen Flüssigkeit vom spez. Gew. 0,06 (Wasser = 1) verdichtet, die bei -252° siedet und beim Verdampfen zu farblosen Kristallen erstarrt, die bei -258,9° schmelzen. Die kritische Temperatur des Wasserstoffes liegt nur wenig oberhalb des Siedepunktes. Die Tension beträgt bei -252° nur 1 Atmosphäre. 1 Lit. Wasser von 15° löst 19 ccm W. W. folgt so genau wie kein andres leicht und in größerer Menge darstellbares Gas dem Gay-Lussacschen Gesetz und bildet deshalb in Deutschland seit 1. April 1898 die gesetzliche Grundlage der Thermometrie. W. ist sehr leicht entzündlich, verbrennt mit schwach leuchtender, äußerst heißer Flamme, in der Platindraht weißglühend wird und intensives Licht ausstrahlt, zu Wasser. W. entzündet sich auch, wenn er auf Platinschwamm strömt, und ein Gemisch mit Sauerstoff oder Luft explodiert bei Entzündung sehr heftig (s. Knallgas). Knallgas bleibt bei gewöhnlicher Temperatur unverändert, bei 300° beginnt eine sehr langsame Reaktion, bei 600° erfolgt die Verbindung rasch, aber kaum explosionsartig. Bei gewöhnlicher Temperatur verbindet sich W. nur mit Fluor, mit Chlor verbindet er sich im Dunkeln nicht, im zerstreuten Tageslicht langsam, im direkten Sonnenlicht dagegen unter heftiger Explosion. Mehrere Metalle absorbieren große Mengen W. (Palladium 982 Vol.), ohne den metallischen Habitus zu verlieren, so daß die Verbindung wie eine Legierung des Metalls mit metallischem Hydrogenium zu betrachten ist. Sie geben diesen W. nur beim Erhitzen im luftleeren Raume wieder ab. Bei Rotglut sind Platin, Palladium, Eisen für W. durchdringlich. Viele Metalloxyde werden beim Erhitzen durch W. unter Wasserbildung vollständig reduziert; viele Schwefelmetalle und Chlormetalle werden unter Bildung von Schwefelwasserstoff und Chlorwasserstoff ebenfalls durch W. reduziert. Besonders kräftig reduzierend wirkt W. im Entstehungsmoment. So wird vielen Körpern Sauerstoff entzogen, wenn man sie mit verdünnter Schwefelsäure übergießt und Zink hinzufügt, oder wenn man sie in Wasser bringt und Natriumamalgam einträgt. Der W. ist einwertig und bildet mit Sauerstoff das Wasser H2O und Wasserstoffsuperoxyd H2O2. Er dient zum Füllen von Luftballons, als Feuerzeug (Döbereinersche Zündmaschine) und zur Bereitung von Knallgas. Man hat auch zu Beleuchtungszwecken billig bereiteten W. mit Kohlenwasserstoffdämpfen gemengt oder Platindraht in der Flamme erhitzt. Ein mit Kohlenoxyd gemischtes Wasserstoffgas, durch Einwirkung von Wasserdampf auf glühende Kohlen erhalten (Wassergas, s. d.), dient als Heizmaterial. Die Entwickelung brennbaren Gases bei Einwirkung verdünnter Säuren auf gewisse Metalle wurde schon im 16. Jahrh. von Paracelsus beobachtet, aber erst 1766 erkannte Cavendish den W. (brennbare Luft) als eigentümliche Luftart.