| Symbool | H |
|---|---|
| Atoomnummer | 1 |
| Atoommassa | 1,008 u |
| Categorie | Niet-metaal |
| Groep | 1 |
| Periode | 1 |
| Blok | s-blok |
| Fase bij 20 °C | gas |
| Smeltpunt | −259,16 °C |
| Kookpunt | −252,87 °C |
| Dichtheid | 0,0899 g/L |
| Elektronenconfiguratie | 1s1 |
| Elektronen per schil | 1 |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 2,20 |
| Oxidatiegetallen | +1, −1 |
| Ontdekt | 1766 door Henry Cavendish |
| Engelse naam | Hydrogen |
| Latijnse naam | Hydrogenium |
Eigenschappen van waterstof
Bij kamertemperatuur is waterstof een kleurloos, geurloos en smaakloos gas dat bestaat uit H2-moleculen. Het is veertien keer lichter dan lucht, waardoor het snel opstijgt en ontsnapt. Waterstofgas is zeer brandbaar: gemengd met lucht ontbrandt het al bij 4 tot 75 volumeprocent, en het verbrandt met een bijna onzichtbare vlam tot water. Een mengsel van waterstof en zuurstof ontploft met een harde knal; daarop berust de bekende knalgasproef. Chemisch kan waterstof een elektron afstaan (H+, de basis van zuren) of er juist één opnemen (hydride, H−), en het vormt covalente bindingen met bijna alle niet-metalen. Waterstofbruggen tussen moleculen verklaren waarom water een hoog kookpunt heeft en hoe DNA-strengen aan elkaar blijven zitten. Er zijn drie isotopen: gewoon protium (¹H), deuterium (²H, met een neutron) en het radioactieve tritium (³H), met een halveringstijd van ruim 12 jaar.
Naam. Antoine Lavoisier noemde het gas ‘hydrogène’, Grieks voor ‘watervormer’, omdat bij verbranding water ontstaat; het Nederlandse ‘waterstof’ is daar een letterlijke vertaling van.
Atoombouw en plaats in het periodiek systeem
Waterstof staat in periode 1 en groep 1 (alkalimetalen) van het periodiek systeem, in het s-blok.
Een neutraal atoom heeft 1 protonen in de kern en 1 elektronen, verdeeld over 1 schil: 1. Het periodenummer (1) is gelijk aan het aantal schillen.
Buren in het systeem: rechts/erna: Helium (He, 2); eronder in dezelfde groep: Lithium (Li).
Andere elementen in groep 1: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cesium, Francium.
Voorkomen
In het heelal is waterstof overal: het vulde het vroege universum vlak na de oerknal en vormt nog steeds het grootste deel van sterren, gasreuzen als Jupiter en interstellaire gaswolken. In de aardatmosfeer zit vrijwel geen vrij waterstofgas, omdat het zo licht is dat het de ruimte in ontsnapt. Op aarde zit het vooral in water, aardgas, aardolie en in alle levende wezens; in je lichaam is ongeveer 10 procent van je massa waterstof. Industrieel wordt het meeste waterstof gemaakt uit aardgas via stoomreforming, waarbij CO2 vrijkomt. ‘Groene’ waterstof wordt gemaakt door water met duurzame stroom te splitsen via elektrolyse.
Toepassingen
- Productie van ammoniak via het Haber-Bosch-proces, de basis van kunstmest die een groot deel van de wereldbevolking voedt.
- In raffinaderijen wordt waterstof gebruikt om zwavel uit brandstoffen te verwijderen en zware oliefracties te kraken.
- Brandstofcellen zetten waterstof en zuurstof om in elektriciteit, met alleen water als uitstoot; zo rijden waterstofauto’s en -bussen.
- Vloeibare waterstof dient samen met vloeibare zuurstof als raketbrandstof, bijvoorbeeld in de hoofdmotoren van de Space Shuttle.
- Bij het harden van plantaardige oliën tot margarine wordt waterstof aan dubbele bindingen gekoppeld.
- Groene waterstof wordt gezien als opslagmiddel voor overtollige wind- en zonne-energie en als vervanger van aardgas in de zware industrie.
Veelgestelde vragen
Waarom is waterstof het eerste element?
Het periodiek systeem is geordend op atoomnummer, het aantal protonen in de kern. Waterstof heeft er precies één, het kleinst mogelijke aantal. Daarom staat het op plek 1. Het is daarmee ook het lichtste element en het eerste dat na de oerknal ontstond.
Is waterstof een metaal?
Onder normale omstandigheden niet: waterstof is een gasvormig niet-metaal. Het staat wel in groep 1 boven de alkalimetalen, omdat het één valentie-elektron heeft. Onder extreem hoge druk, zoals diep in Jupiter, wordt waterstof vermoedelijk wel metallisch en geleidt het dan elektriciteit.
Hoe wordt groene waterstof gemaakt?
Groene waterstof ontstaat door elektrolyse: met elektriciteit uit wind of zon wordt water gesplitst in waterstof en zuurstof. Er komt daarbij geen CO2 vrij. Het proces is nog duurder dan waterstof uit aardgas, maar wordt goedkoper naarmate duurzame stroom en elektrolysers in prijs dalen.