Diwaterstof

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Diwaterstof
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van diwaterstof
Structuurformule van diwaterstof
Algemeen
IUPAC-naam diwaterstof
Andere namen waterstofgas, moleculaire waterstof
Molmassa 2,01588 g/mol
SMILES
[HH]
InChI
1/H2/h1H
CAS-nummer 1333-74-0
EG-nummer 215-605-7
PubChem 783
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Ontvlambaar Drukhouder
Gevaar
H-zinnen H220
EUH-zinnen geen
P-zinnen P210
EG-Index-nummer 001-001-00-9
VN-nummer 1049 (gas onder druk)
ADR-klasse Gevarenklasse 2.1
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand gasvormig
Kleur kleurloos
Dichtheid 8,988 × 10-5 g/cm³
Smeltpunt −259,14 °C
Kookpunt -252,87 °C
Oplosbaarheid in water 0,019 g/L
Onoplosbaar in water
Geometrie en kristalstructuur
Dipoolmoment 0 D
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Diwaterstof of moleculaire waterstof (H2) is de belangrijkste enkelvoudige stof van het element waterstof. Het is bij normale druk en temperatuur een kleurloos, reukloos, smaakloos en uiterst brandbaar gas. Het wordt ook wel waterstofgas genoemd. Wegens zijn uiterst lage dichtheid komt het slechts in zeer lage concentraties (0,5 ppm) in de aardatmosfeer voor.

Fysische eigenschappen[bewerken]

Waterstofgas is het lichtste gas en heeft bij normale druk een kookpunt van slechts 20,28 K en een smeltpunt van 14,01 K.

Onder normale omstandigheden is diwaterstof een mengsel van twee verschillende soorten moleculen die van elkaar verschillen in de spin die de atoomkernen hebben.[1] Deze twee vormen worden ortho- en parawaterstof genoemd (niet te verwarren met isotopen). Bij normale temperatuur en druk bestaat diwaterstof voor 25% uit de para- en 75% uit de orthovorm.[2] De orthovorm is onstabiel (bevindt zich in een aangeslagen toestand) en kan daardoor niet in zuivere vorm bereid worden. De twee vormen hebben een ongelijk energieniveau en daarmee licht verschillende fysische eigenschappen. Zo zijn bijvoorbeeld de smelt- en kookpunten van parawaterstof ongeveer 0,1 K lager dan die van orthowaterstof (de zogenaamde normale verschijningsvorm).[3]

Chemische eigenschappen[bewerken]

Waterstof kan samen met zuurstof water vormen. Hierbij komt veel energie vrij.

\mathrm{2\ H_2\ +\ O_2\longrightarrow\ 2\ H_2O\ +\ 286\ kJ/mol}

Daarom is een mengsel van waterstofgas en zuurstofgas in een volumeverhouding van 2:1, dat ook wel bekendstaat als knalgas, explosief.

Waterstofgas reageert heftig met dichloor en difluor, waarbij resp. waterstofchloride en waterstoffluoride gevormd worden.

Toxicologie en veiligheid[bewerken]

Waterstofgas is zeer licht ontvlambaar en brandt vanaf concentraties van 4% in de lucht.[4] Zo verbrandde op 6 mei 1937 de Hindenburg onder andere doordat de waterstof in het luchtschip vlam vatte. Het was echter de buitenhuid die voor de eerste ontsteking en grote snelheid van de brand zorgde.[5] Desalniettemin is de benodigde ontstekingsenergie bij waterstof (0,02 mJ). In perspectief tot methaan (0,29 mJ) is dit een factor 10 keer zo klein. In de omgeving van waterstof geldt vanwege de lage benodigde ontstekingsenergie: geen open vuur, geen vonken en niet roken. Bij installaties is het aanbevolen om een elektrische aarding aan te brengen.

De ontstekingstemperatuur van waterstof (565°C) ligt hoger dan bij benzine (450°C).[6] Bij vrijkomen, (het is 14 maal zo licht als lucht) stijgt het op, waardoor het explosiegevaar minder is. Op kamertemperatuur is bij gelijke energiewaarde het volume van waterstofgas circa 4 maal zo groot als dat van benzine. Op kamertemperatuur is bij gelijke massa de energiewaarde van waterstofgas circa 3 maal zo groot als dat van benzine.

De grenswaarden waartussen een mengsel van waterstofgas en lucht ontvlambaar is ligt tussen de 4 en 96 vol %. De temperatuur voor een spontane zelfontbranding van een waterstofgas-luchtmengsel ligt op 585 °C. Op waterstofinstallaties zijn bijgevolg ATEX-voorschriften van toepassing.

Synthese en industriële productie[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Waterstofproductie voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Diwaterstof kan op verschillende manieren worden gemaakt:

In het kader van een eventuele, toekomstige waterstofeconomie is het van belang om onderscheid te maken tussen waterstofgas met een fossiele grondslag en waterstofgas die met behulp van een hernieuwbare energiebron is geproduceerd. Het overgrote aandeel aan waterstofgas dat heden ten dage commercieel verkrijgbaar is, heeft een fossiele oorsprong en kan daarom niet worden aangemerkt als hernieuwbare brandstof.

Toepassingen[bewerken]

Voor industriële toepassingen zijn grote hoeveelheden waterstofgas nodig in zogenaamde hydrogenatiereacties, onder andere in het Haber-Boschproces waarin ammoniak geproduceerd wordt, het harden van vetten en oliën en de productie van methanol.

Andere toepassingen waar waterstofgas voor nodig is:

Diwaterstof kan als brandstof dienen voor automotoren: de waterstofauto. BMW heeft een brandstofmotor ontwikkeld die enkel op waterstof werkt. In juni 2008 werd het eerste Belgische tankstation voor waterstof geopend[7] langs de E19 in Ruisbroek.[8] Het is enkel bedoeld voor de enkele BMW-waterstofauto's die reeds in België rondrijden. Deze auto's rijden met Duitse nummerplaat, want waterstof is in België nog niet erkend als brandstof.[9] Een andere toepassing is het waterstofvliegtuig.

Waterstofbrandstofcellen worden beschouwd als een manier om in de toekomst goedkoop en milieuvriendelijk elektrische energie te produceren. Er moet dan echter eerst waterstofgas geproduceerd worden, en daar is energie voor nodig - ten minste zoveel energie als er naderhand door het waterstof geleverd wordt. Het spreekt vanzelf dat deze energie op een milieuvriendelijke manier opgewekt zal moeten worden, wil waterstof inderdaad een milieuvriendelijk alternatief zijn voor de fossiele brandstoffen.

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Staff. Hydrogen (H2) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen. Universal Industrial Gases, Inc. (2003) Geraadpleegd op 2008-02-05
  2. Tikhonov, Vladimir I., Volkov, Alexander A. (2002). Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers. Science 296 (5577): 2363 . PMID:12089435. DOI:10.1126/science.1069513.
  3. Hritz, James. CH. 6 - Hydrogen (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA (March 2006) Geraadpleegd op 2008-02-05
  4. Carcassi, M. N., Fineschi, F. (June 2005). Deflagrations of H2–air and CH4–air lean mixtures in a vented multi-compartment environment. Energy 30 (8): 1439–1451 . DOI:10.1016/j.energy.2004.02.012.
  5. Werthmüller, Andreas. The Hindenburg Disaster. Swiss Hydrogen Association Geraadpleegd op 2008-02-05
  6. Staff. Safety data for hydrogen. Chemical and Other Safety Information. The Physical and Theoretical Chemistry Laboratory, Oxford University (September 10, 2005) Geraadpleegd op 2008-02-05
  7. Total en BMW openen tankstation op waterstof
  8. Eerste waterstofstation langs E19
  9. Anders Bekeken: Eerste waterstof tankstation langs de E19 ! - Newsblog by Milieunet Foundation