Wasser, Wasserstoff, Wasserstoffbrücke und mehr

Der Wasserstoff ist in den Fokus der Energiewende gerückt. Diskutiert wird Wasserstoff als Energieträger und Grundstoff für industrielle Prozesse. Besonders interessant scheint der Einsatz von H₂ in der Stahl- und Chemieindustrie sowie im Schwerlast-, Flug- und Schiffsverkehr zu sein. Der Wert des Wasserstoffs für eine klimafreundliche Entwicklung wird heute in einer Farbskala bewertet. Die Farbe Grün steht dabei ganz oben. Bevor der Wasserstoff in die „Verwertungslogik“ für den Klimaschutz gerät, soll er hier in einem Steckbrief grundsätzlich gewürdigt werden. Das Element H steht von je her oben im Periodensystem der Elemente, das H-Atom gilt als Archetyp eines Atoms, und der molekulare Wasserstoff fand schon früh Anwendung. Unterschiedliche Isotope des H-Atoms und verschiedene Kernspinzustände des H₂-Moleküls führen zu interessanten Einsatzmöglichkeiten auch in der Wissenschaft, beispielsweise als einzigartige Sonde für spektroskopische Methoden. Der Aufbau eines Atoms fängt beim H an, der Aufbau eines Moleküls wird zuerst für H₂ diskutiert. Nur für den Wasserstoff selbst oder wasserstoffähnliche Atome (mit nur einem Elektron) kann die berühmte Schrödinger-Gleichung analytisch gelöst werden. Schnell wird klar: Vom an sich farblosen Wasserstoff können wir viel lernen

Zusammenfassung

Wasserstoff hat das chemische Symbol H und ist die Nummer eins im Periodensystem der Elemente, und auch sonst besonders. Heute ist der Wasserstoff prominenter denn je. Kein anderer energiereicher Stoff eignet sich besser zur Ablösung der fossilen Energieträge Kohle, Öl und Gas, die durch CO₂-Emissionen das Klima stark belasten. Damit wird der Wasserstoff zu einem wichtigen Element der Energiewende. Grund genug, den Wasserstoff in einem kleinen Steckbrief vorzustellen: das Element, das H-Atom, H₂-Molekül, den ortho- und den para-Wasserstoff. Erörtert wird auch die schwierige Frage, wer den Wasserstoff entdeckt hat. Interessanterweise kann Wasserstoff in Gashydraten gespeichert werden, ausgerechnet in Käfigen des Namengebers Wasser. Die in funktionellen Gruppen gebundenen Wasserstoffatome sind großartige Brückenbauer. Wasserstoffbrücken bestimmen die Struktur und Dynamik von Wasser und Biomolekülen. Und schließlich nimmt der an sich farblose Wasserstoff eine Farbe an: Die Farbskala bemisst sich an dem Herstellungsverfahren des Wasserstoffs. Grün steht hier im Zentrum der Farbenlehre, denn nur die Elektrolyse von Wasser in Wasser- und Sauerstoff mit Strom aus Sonnen- und Windenergie reduziert die CO₂ wirklich.

Summary

Hydrogen has the chemical symbol H and is number one in the periodic table of the elements, and special in other ways too. Today, hydrogen is more prominent than ever. No other energy-rich substance is better suited to replacing the fossil energy sources coal, oil and gas, which pollute the climate heavily through CO₂ emissions. This makes hydrogen an important element of the energy transition. Reason enough to introduce hydrogen in a short profile: the element, the H atom, H₂ molecule, ortho and para hydrogen. The difficult question of who discovered hydrogen is also discussed. Interestingly, hydrogen can be stored in gas hydrates, of all things in cages of the namesake water. The hydrogen atoms bound in functional groups are great bridge builders. Hydrogen bonds determine the structure and dynamics of water and biomolecules. And finally, hydrogen, which is colourless in itself, takes on a colour. The colour scale is determined by the production process of the hydrogen. Green is at the centre of the colour theory here, because only the electrolysis of water into hydrogen and oxygen with electricity from solar and wind energy really reduces CO₂.

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