1, Wasserstoff

Keine alte Bezeichnung.
Gemeinsame Elektronenkonfiguration: 1s1
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H
Alkalimetalle >>
Der Wasserstoff ist nirgendwo sinnvoll in eine Gruppe einzuordnen. Er hat durch seinen einfachsten Atomaufbau Eigenschaften, die sich so im Periodensystem nicht wieder finden. Hier sei nun ein Vergleich des Wasserstoffs in seinen Eigenschaften mit den Gruppen anderer Elemente:
  1. Wasserstoff und die Alkalimetalle: Wasserstoff hat ein einziges Elektron in seiner Außenhülle. Durch Abgabe dieses Elektrons hätte er ein vollständig leeres Orbital; das Wasserstoff-Atom würde dadurch zu einem nackten Proton (mit großer positiven Ladung auf kleinstem Raum). Bei Normaldruck ist Wasserstoff ein Gas, welches in Form von H2-Molekülen vorliegt. Immerhin findet sich beim leichtesten Alkalimetall, dem Lithium, direkt beim Siedepunkt ebenfalls Li2-Gas. Bei sehr hohen Drücken metallisiert Wasserstoff. Es wird vermutet, dass er in dieser Form im Inneren der Riesenplaneten Jupiter und Saturn vorkommt. Über die chemischen Eigenschaften dieser Zustandsform des Wasserstoffs lässt sich freilich nur spekulieren. Aber immerhin muss dabei sein einzelnes Elektron in der Lage sein, ein Elektronengas zu bilden.

  2. Wasserstoff als Kohlenstoff-Verwandter: Wasserstoff hat gleich den Vertretern der Kohlenstoffgruppe ein halbbesetzes Orbital. Dadurch kann er sowohl durch Abgabe als auch durch Aufnahme gleicher Anzahl Elektronen einen stabilen Zustand in seiner Atomhülle erreichen. Eine Folge dieses Umstandes ist die etwa gleichstarke Bereitwilligkeit, sowohl mit elektropositiveren, als auch elektronegativeren Elementen stabile Verbindungen einzugehen. In diesem Verhalten ähnelt der Wasserstoff dem Kohlenstoff.

  3. Wasserstoff und die Halogene. Da man die Elektronenbesetzung der Atomhülle des Wasserstoffs auch so interpretieren kann, dass ihm zum Erreichen des Edelgaszustandes noch ein Elektron fehlt, hat er auch einige Eigenschaften mit den Halogenen gemein. Jedoch schlägt auch hier der ausschließliche Vergleich etwa als leichteres Homologes des Fluor völlig fehl. Wasserstoff bildet gleich den Halogenen Anionen, in welchen er die Oxidationsstufe -1 betätigt. Nimmt man nun in der Reihe Iodid - Bromid - Chlorid und Fluorid das Hydrolyse-Verhalten, so schlösse sich Hydrid tatsächlich daran an: Iodid, Bromid und Chlorid sind in wässriger Lösung nicht protolysiert. Fluorid ist in Wasser etwas protolysiert, es bildet also Fluorwasserstoff neben Hydroxid. Hydridionen schließlich setzen sich vollständig mit Wasser zu Wasserstoff und Hydroxid um.
Wasserstoff hat auch einige Gemeinsamkeiten mit seinem rechten Nachbarn, dem Helium:
  • Ausgangsstoffe aller höheren Elemente: Das Universum besteht zu 98% aus beiden Elementen, wobei auf Wasserstoff 75% und Helium 23% entfallen. Alle anderen Elemente haben sich aus diesen beiden Elementen durch Kernfusion entwickelt.

  • Ideale Gase: Sowohl Wasserstoff als auch Helium verhalten sich annähernd als ideale Gase. Helium lässt sich nicht bei Normaldruck verfestigen. Bei Temperaturen nahe des Absoluten Nullpunktes werden beide Stoffe supraleitend.

  • Kristallgitter: Sowohl fester Wasserstoff als auch festes Helium kristallisieren in einer hexagonal dichtesten Kugelpackung. Neon und die schwereren Edelgase kristallisieren unter Normaldruck kubisch - Lithium und Natrium haben nur bei tiefsten Temperaturen ein hexagonales Kristallgitter, während sie bei Raumtemperatur kubisch kristallisieren.

  • Positive Ionen gleich Atomkerne: Durch Elektronenabgabe werden von Wasserstoff und Helium Teilchen gebildet, die sich sonst nicht im Periodensystem finden: Freie Protonen und α-Teilchen bestehen nur aus Atomkernbestandteilen und weisen keine Elektronen mehr auf.