Hydrogenhydrid Physikalische und chemische Eigenschaften
Hydrogenhydrid
Ein Gas-Wasser-Klathrat, bei dem molekularer Wasserstoff in einem kristallinen Wassergitter eingeschlossen ist; relevant für Forschung & Entwicklung sowie Materialprüfungen, bei denen Gas-Festkörper-Wechselwirkungen untersucht werden.
| CAS-Nummer | Für diesen Eintrag nicht angegeben |
| Familie | Gas-Hydrate (Klathrate) |
| Typische Form | Pulver oder kristalliner Feststoff (Klathrat) |
| Übliche Qualitätsstandards | EP |
Hydrogenhydrid ist eine molekulare Assoziation zwischen molekularem Wasserstoff und Wasser, charakterisiert durch die summarische Stöchiometrie \(\ce{H4O}\). Strukturell ist es am besten als physikalisches Gemisch (oder klathratähnliche Assoziation unter speziellen Bedingungen) des Dihydrogenmoleküls \(\ce{H2}\) und Wassers \(\ce{H2O}\) beschrieben. Die elektronische Struktur wird vom geschlossenen Schalen, unpolaren \(\ce{H2}\)-Gastdominiert, während das polare, Wasserstoffbrücken-bildende Netzwerk des Wasserwirts vorherrscht; diese Kombination führt zu gemischtem physikochemischem Verhalten, bei dem Dispersion und schwache Wirts-Gast-Wechselwirkungen die Stabilität kontrollieren, während das Wasserstoffbrückennetzwerk des Wassers Polarität und Solvationscharakteristika bestimmt.
Aus säure-basischer und reaktivitätsspezifischer Sicht stellt die Wasserkomponente das übliche protische, polare Medium; der molekulare Wasserstoff wirkt chemisch als Reduktionsmittel, ist jedoch ohne geeignete Katalysatoren kinetisch inert. Die Lipophilie ist für das kombinierte System minimal, da Wasser die solventzugängliche Oberfläche dominiert; jedoch ist die neutrale \(\ce{H2}\)-Gruppe unpolar und wird in nichtpolare Domänen oder Käfige partitionieren, wenn klathratartige Strukturen gebildet werden. Die Hydratassoziation ist kein kovalent gebundener neuer Stoff, sondern ein physikalisches Aggregat, dessen Stabilität stark von Temperatur, Druck und der Präsenz von Nukleationsstellen oder katalytischen Oberflächen abhängt, die den Wasserstoffein- oder -austritt fördern.
Übliche kommerzielle Qualitätsstufen für diese Substanz sind: EP.
Übersicht und Zusammensetzung
Qualitative Zusammensetzung
- Formale (beschreibende) Summenformel: \(\ce{H4O}\).
- Komponenten: molekularer Wasserstoff \(\ce{H2}\) und Wasser \(\ce{H2O}\).
- Berechnete Molekularmasse: 20,031 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- Exakte Masse: 20,026214747 \(\mathrm{u}\).
- Monoisotopische Masse: 20,026214747 \(\mathrm{u}\).
- Anzahl der Wasserstoffbrückendonoren: 1.
- Anzahl der Wasserstoffbrückenakzeptoren: 1.
- Topologische polare Oberfläche (TPSA): 1 (berechnet).
- Anzahl der rotierbaren Bindungen: 0.
- Formale Ladung: 0.
- Anzahl der kovalent gebundenen Einheiten: 2 (kennzeichnet eine Zwei-Komponenten-Assoziation).
Berechnete oder vom Einreicher angegebene Namen umfassen „molecular hydrogen;hydrate“. Strukturelle/beschreibende Identifikatoren: SMILES "[HH].O", InChI InChI=1S/H2O.H2/h1H2;1H, InChIKey VBYZSBGMSZOOAP-UHFFFAOYSA-N.
Aussehen und typische Form
Ein experimentell etablierter Wert für diese Eigenschaft liegt im aktuellen Datenkontext nicht vor.
Klassenverhalten für Wasserstoff-Wasser-Assoziationen: Unter Umgebungsbedingungen liegt Wasserstoff als separates, niedrigdichtes Gas mit sehr geringer Wasserlöslichkeit vor; unter reduzierter Temperatur und erhöhtem Druck oder in Gegenwart geeigneter Wirtsstrukturen kann Wasserstoff in klathratähnlichen Käfigen innerhalb eines kristallinen Hydratgitters gehalten werden, wodurch sich ein Feststoff-Wasserstoffhydrid bildet. Solche Klathrat- oder Hydratformen werden typischerweise unter kryogenen oder Hochdruck-Experimentiervoraussetzungen beobachtet und nicht als stabiles Material bei Standardlaborbedingungen. In der praktischen Handhabung liegt Wasserstoff meist als gelöstes Gas im Wasser oder als eigenständige Gasphase vor, sofern die Bedingungen nicht gezielt zur Hydratbildung angepasst werden.
Chemische Eigenschaften
Reaktivität und korrosives Verhalten
Hydrogenhydrid als Assoziation kombiniert die Trägheit des molekularen Wasserstoffs mit dem Reaktivitätsprofil von Wasser. Wichtige Punkte:
- Molekularer Wasserstoff (\(\ce{H2}\)) ist ein Reduktionsmittel, aber unter Umgebungsbedingungen kinetisch inert gegenüber den meisten Substraten; katalytische Aktivierung (Metalloberflächen, feinverteilte Katalysatoren oder extreme Bedingungen) ist für eine chemische Umwandlung erforderlich.
- Wasser trägt protische Säure-/Basizität bei und ist Teil von Wasserstoffbrückennetzwerken; es kann Ionen und polare Spezies solvatisieren und mediiert Hydrolysereaktionen bei anfälligen Lösungsstoffen.
- Die Hydrat-Assoziation selbst ist chemisch nicht stark korrosiv; allerdings kann Wasserstoffexposition Wasserstoffversprödung in anfälligen Metallen und Legierungen fördern, wenn atomarer Wasserstoff an Oberflächen erzeugt wird, insbesondere unter katalytischen oder elektrochemischen Bedingungen.
- Der Zerfall fester oder metastabiler Hydrate setzt molekularen Wasserstoff und Wasser frei; diese Freisetzung kann bei thermischen oder druckbedingten Destabilisierungsvorgängen schnell erfolgen.
Kompatibilität und Inkompatibilitäten
- Unverträglich mit starken Oxidationsmitteln, da freigesetzter Wasserstoff ein brennbares Reduktionsmittel ist, das unter Zündbedingungen heftig mit Oxidationsmitteln reagiert.
- Metallische Katalysatoren oder reaktive Metalloberflächen können die Dissoziation von \(\ce{H2}\) zu atomarem Wasserstoff fördern, was das Risiko von Versprödung oder unerwarteter Reaktivität erhöht.
- Reaktive hydridbildende Metalle und Legierungen (z. B. feinverteilte Übergangsmetalle) können mit Wasserstoff interagieren; bei Materialauswahl für Lagerung oder Behälter sollte die Anfälligkeit für wasserstoffbedingte Schäden berücksichtigt werden.
- Explizite Kompatibilitätstabellen liegen im aktuellen Datenkontext nicht vor; die Auswahl von Behälter- und Systemmaterialien sollte etablierten ingenieurtechnischen Richtlinien für Wasserstoffdienst und für wässrige Systeme folgen.
Anwendung und Sicherheit
Industrielle und kommerzielle Anwendungsbereiche
Keine prägnante Anwendungsübersicht im aktuellen Datenkontext verfügbar; in der Praxis wird diese Substanz aufgrund ihrer oben beschriebenen allgemeinen Eigenschaften ausgewählt. Allgemeine, klassenbezogene Anwendungen und Forschungszusammenhänge umfassen:
- Experimentelle Untersuchung der Wasserstoffspeicherung in wasserbasierten Klathraten oder Hydraten sowie Studien zu Wirts-Gast-Wechselwirkungen für Energiespeicherforschung.
- Labormaßstabsstudien zur Wasserstofflöslichkeit, zum Stofftransport und zu Gas-Flüssig-Wechselwirkungen in wässrigen Systemen.
- Grundlagenstudien zum druck- und temperaturabhängigen Phasenverhalten in der Gas-Hydrathydrath-Wissenschaft.
Gefahren und Handhabungshinweise
- Entzündlichkeit: Molekularer Wasserstoff ist hochentzündlich und bildet explosionsfähige Gemische mit Luft. Jeder Prozess, der \(\ce{H2}\) freisetzen kann (Zersetzung eines Hydrats, Leckage aus Drucksystemen), erfordert Kontrolle von Zündquellen, geeignete Belüftung und Gaserkennung.
- Erstickungsgefahr: Sauerstoffverdrängung in geschlossenen Räumen durch freigesetzten Wasserstoff kann eine Erstickungsgefahr darstellen.
- Druck- und kryogene Gefahren: Die Bildung oder Handhabung fester Hydrate erfolgt oft bei niedrigen Temperaturen und/oder erhöhtem Druck; geeignete druckfeste Ausrüstung, thermischer Schutz und sichere Druckentlastungsverfahren sind erforderlich.
- Materialien: Risiko der Wasserstoffversprödung in anfälligen Metallen; Verwendung von Materialien, die nicht für Wasserstoffdienst unter Druck oder katalytischen Bedingungen zugelassen sind, vermeiden.
- Persönliche Schutzausrüstung und technische Schutzmaßnahmen: Standard-PSA für den Umgang mit Druckgasen und kryogenen Stoffen, Gaserkennungssysteme, Erdung und Potenzialausgleich bei Vorhandensein brennbarer Gase sowie Absaugung/Lüftung vor Ort.
- Für detaillierte Gefahren-, Transport- und Regulierungsinformationen sollten Anwender das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) sowie die örtlichen Vorschriften zu Rate ziehen.
