Welchen Aggregatzustand hat Wasserstoff?

Wasserstoff: Ein Gas mit besonderen Eigenschaften

Wasserstoff (H₂), das leichteste Element des Periodensystems, ist unter Normalbedingungen – also bei einem Druck von 1013 hPa und einer Temperatur von 273,15 K (0 °C) – eindeutig ein Gas. Seine geringe Dichte von nur 0,0899 kg/m³ macht ihn zum leichtesten aller Gase. Dies ist auf die geringe Masse seiner Atome zurückzuführen und erklärt seine ausgeprägte Tendenz, in die Atmosphäre zu entweichen. Im Gegensatz zu vielen anderen Elementen, die unter Normalbedingungen fest oder flüssig vorliegen, findet man Wasserstoff ausschließlich in gasförmiger Phase.

Die Behauptung, Wasserstoff besitze nur einen Aggregatzustand, ist jedoch eine Vereinfachung. Ändert man die Umgebungsbedingungen, lassen sich auch andere Aggregatzustände erreichen. Bei sehr niedrigen Temperaturen und hohem Druck lässt sich Wasserstoff verflüssigen. Der Siedepunkt von Wasserstoff liegt bei -252,87 °C (20,28 K). Unterhalb dieser Temperatur existiert Wasserstoff als farblose Flüssigkeit. Bei noch tieferen Temperaturen und extrem hohen Drücken, lässt sich Wasserstoff sogar in einen festen Zustand überführen. Die dabei entstehenden Modifikationen, z.B. die sogenannte metallische Wasserstoffphase, sind jedoch Gegenstand intensiver Forschung und unter normalen Bedingungen nicht stabil.

Die ausschließliche Präsenz von gasförmigem Wasserstoff unter Normalbedingungen ist also eine Folge seiner geringen interatomaren Kräfte. Die schwachen Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Wasserstoffmolekülen verhindern die Bildung eines festen Gitters bei Raumtemperatur und -druck. Die geringe Masse der Moleküle führt zu einer hohen kinetischen Energie, die die Moleküle in ständiger Bewegung hält und somit den gasförmigen Aggregatzustand aufrechterhält. Erst durch signifikante Reduktion der kinetischen Energie bei tiefen Temperaturen und durch die Anwendung hohen Drucks, der die interatomaren Abstände verringert, wird die Kondensation bzw. Erstarrung ermöglicht.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Während Wasserstoff unter Normalbedingungen eindeutig gasförmig vorliegt, ist dies nicht sein einziger möglicher Aggregatzustand. Durch Veränderung von Druck und Temperatur lassen sich sowohl die flüssige als auch die feste Phase erreichen, wobei letztere nur unter extremen Bedingungen stabil ist. Die Kenntnis dieser unterschiedlichen Aggregatzustände ist essentiell für das Verständnis und die Anwendung von Wasserstoff in verschiedenen technischen Prozessen, von der Energiegewinnung bis zur chemischen Industrie.