Brontekst bekijken van Diwaterstof

{{Infobox chemische stof
| Naam = Diwaterstof
| afbeelding1 = Dihydrogen-2D-dimensions.png
| afbeeldingbreedte1 = 150
| onderschrift1 = [[Structuurformule]] van diwaterstof
| afbeelding2 = Linde-Wasserstofftank.JPG
| onderschrift2 = De witte tank is voor vloeibare waterstof, de zwarte voor waterstof onder een druk van 350 bar
| afbeelding3 = 
| onderschrift3 = 
| afbeelding4 = 
| onderschrift4 = 
| Formule = 
| Molgewicht = 2,01588
| SMILES = [HH]
| InChI = 1/H2/h1H
| IUPAC = diwaterstof
| AndereNamen = waterstofgas, moleculaire waterstof
| CAS = 1333-74-0
| EINECS = 215-605-7
| PubChem = 783
| Beschrijving = 
| Vergelijkbaar = 
| AfbWaarsch = {{Pictogram GHS|F|D}}
| TekstWaarsch = Gevaar
| Carcinogeen = 
| Hygroscopisch = 
| Rzinnen = {{H220}}
| EUHzinnen = ''geen''
| Szinnen = {{P210}}
| Omgang = 
| Opslag = 
| EG = 001-001-00-9
| VN = 1049 (gas onder druk)
| ADR = Gevarenklasse 2.1
| MAC = 
| LethaalRat = 
| LethaalKonijn = 
| LethaalMuis =
| MSDS = 
| Aggregatie = gasvormig
| Kleur = kleurloos
| Dichtheid = 8,988 × 10<sup>−5</sup>
| Smeltpunt = −259,14
| Kookpunt = −252,87
| Vlampunt = 
| Zelfontbranding = 571
| Dampdruk = 
| Oplosbaarheid = 0,019
| GoedOplIn = 
| MatigOplIn =
| SlechtOplIn = 
| OnoplIn = water
| LogPow =
| Viscositeit = 
| Brekingsindex =
| Kristalstructuur = 
| Dipoolmoment = 0
| fG0g = 
| fG0l = 
| fG0s = 
| fH0g = 
| fH0l = 
| fH0s = 
| S0g = 
| S0l = 
| S0s = 
| Cpm0 = 
| Evenwicht = 
| KlassiekeAnalyse = 
| Spectra =
| NutrientType = 
| Essentieel = 
| Voorkomen = 
| ADI = 
| AdditiefType = 
| E-nummer = 
}}
'''Diwaterstof''' of '''moleculaire waterstof''' (H<sub>2</sub>) is de belangrijkste [[enkelvoudige stof]] van het element [[Waterstof (element)|waterstof]]. Het is bij normale druk en temperatuur een kleurloos, reukloos, smaakloos en uiterst brandbaar [[Gas (aggregatietoestand)|gas]]. Het wordt ook wel '''waterstofgas''' of eenvoudigweg '''waterstof''' genoemd. Het komt slechts in zeer lage [[concentratie (oplossing)|concentraties]] (0,5 [[parts per million|ppm]]) in de [[aardatmosfeer]] voor.  Wegens zijn uiterst lage dichtheid ontsnapt het langzaam maar zeker naar de ruimte. In het heelal is diwaterstof het voornaamste bestanddeel van [[moleculaire wolk]]en waarin nieuwe [[stervorming|sterren worden gevormd]].

==Fysische eigenschappen==
Waterstofgas is het lichtste gas en heeft bij normale druk een kookpunt van slechts 20,28 [[Kelvin (eenheid)|K]] en een smeltpunt van 14,01 K.

Onder normale omstandigheden is diwaterstof een mengsel van twee verschillende soorten [[molecuul|moleculen]] die van elkaar verschillen in de [[Spin (elementair deeltje)|spin]] die de [[atoomkern]]en hebben.<ref>{{cite web
| author=Staff | year=2003 | url=http://www.uigi.com/hydrogen.html
| title=Hydrogen (H<sub>2</sub>) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen
| publisher=Universal Industrial Gases, Inc.
| accessdate=2008-02-05}}</ref> Deze twee vormen worden ''ortho-'' en ''parawaterstof'' genoemd (niet te verwarren met [[isotoop|isotopen]]). Bij normale temperatuur en druk bestaat diwaterstof voor 25% uit de para- en 75% uit de orthovorm.<ref name="Tikhonov">{{cite journal
| last=Tikhonov | first=Vladimir I.
| coauthors=Volkov, Alexander A.
| title=Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers
| journal=Science
| year=2002 | volume=296 | issue=5577 | pages=2363
| doi=10.1126/science.1069513
| pmid=12089435
}}</ref>
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).<ref name="NASA">{{cite web | last=Hritz | first=James | month=March | year=2006 | url=http://smad-ext.grc.nasa.gov/gso/manual/chapter_06.pdf | format=PDF | title=CH. 6 - Hydrogen | work=NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001 | publisher=NASA | accessdate=2008-02-05 | deadurl=yes | archiveurl=https://web.archive.org/web/20061028231750/http://smad-ext.grc.nasa.gov/gso/manual/chapter_06.pdf | archivedate=2006-10-28 }}</ref>

==Chemische eigenschappen==
Waterstof kan samen met zuurstof [[water]] vormen. Hierbij komt energie (286 kJ/mol) vrij.

:<chem>2 H2 + O2 -> 2 H2O</chem>

Daarom is een mengsel van waterstofgas en [[Dizuurstof|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 ==
Waterstofgas is zeer licht [[ontvlambaar]] en brandt vanaf concentraties van minimaal 15%. Dit is de laagste explosiegrens (LEL of Lower Explosion Limit). De bovenste explosiegrens ligt op 75% (UEL of Upper Explosion Limit), daarboven is er te weinig zuurstof beschikbaar.<ref>{{cite journal
| last=Carcassi | first=M. N. | coauthors=Fineschi, F.
| title=Deflagrations of H<sub>2</sub>–air and CH<sub>4</sub>–air lean mixtures in a vented multi-compartment environment
| journal=Energy | month=June | year=2005
| volume=30 | issue=8 | pages=1439–1451
| doi=10.1016/j.energy.2004.02.012}}</ref> Zo verbrandde op [[6 mei]] [[1937]] de [[LZ129 "Hindenburg"|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.<ref>{{cite web
| last=Werthmüller
| first=Andreas
| url=https://www.hydropole.ch/hydropole/hydrogen/history.htm#2
| title=The Hindenburg Disaster
| publisher=Swiss Hydrogen Association
| accessdate=2008-02-05
| archiefdatum=2011-01-22
| archiefurl=https://web.archive.org/web/20110122235507/http://www.hydropole.ch/hydropole/hydrogen/history.htm#2
| dodeurl=ja
}}</ref> (De Hindenburg is niet ontploft.) Desalniettemin is de benodigde ontstekingsenergie bij waterstof klein (0,02 mJ). In vergelijking met methaan (0,29 mJ) is dit een factor 14-15 kleiner. 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 [[Aarde (elektriciteit)|elektrische aarding]] aan te brengen.

De [[Zelfontbrandingstemperatuur|ontstekingstemperatuur]] van waterstof (565&nbsp;°C) ligt hoger dan bij benzine (450&nbsp;°C).<ref>{{cite web
| url=http://physchem.ox.ac.uk/MSDS/HY/hydrogen.html
| title=Safety data for hydrogen | author=Staff
| accessdate=2008-02-05 | date=September 10, 2005
| work=Chemical and Other Safety Information
| publisher= The Physical and Theoretical Chemistry Laboratory, Oxford University}}</ref> Bij vrijkomen stijgt het op (het is veertienmaal zo licht als lucht), waardoor het explosiegevaar minder is. Op kamertemperatuur is bij gelijke [[Calorische waarde|energiewaarde]] het [[inhoud (volume)|volume]] van waterstofgas circa viermaal zo groot als dat van benzine. Op kamertemperatuur is bij gelijke [[Massa (natuurkunde)|massa]] de energiewaarde van waterstofgas circa driemaal zo groot als die van benzine.

De grenswaarden waartussen een mengsel van waterstofgas en lucht ontvlambaar is, ligt tussen de 4 en 75 [[volumeprocent]]. De temperatuur voor een spontane zelfontbranding van een waterstofgas-luchtmengsel ligt op 585&nbsp;°C. Op waterstofinstallaties zijn bijgevolg de [[ATEX]]-voorschriften van toepassing.

== Synthese en industriële productie ==
{{Zie hoofdartikel|waterstofproductie}}
Diwaterstof kan op verschillende manieren worden gemaakt:
* [[elektrolyse]] van water
* [[koolwaterstof]]fen (bijvoorbeeld [[aardgas]]) op hoge temperatuur af te breken ([[stoomreforming]])
* [[stoom]] over verhit [[koolstof]] leiden ([[syngas]])
* [[Natriumhydroxide|natrium]]- of [[kaliumhydroxide]] met [[aluminium]] te laten reageren
* [[Zuur (scheikunde)|zuren]] met [[metaal|reactieve metalen]], zoals [[Zink (element)|zink]] of [[IJzer (element)|ijzer]], te laten reageren
* [[fotokatalytische waterstofproductie]]: waterstof produceren met behulp van zonlicht

In het kader van een eventuele, toekomstige [[waterstofeconomie]] is het van belang om onderscheid te maken tussen waterstofgas met een [[fossiele brandstof|fossiele]] grondslag ([[grijze waterstof]]) en waterstofgas dat met behulp van een [[hernieuwbare energie|hernieuwbare]] energiebron is geproduceerd ([[groene waterstof]]). 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. Daarnaast kan waterstof ook vervaardigd worden met een fossiele grondslag waarbij er sprake is van [[CO2-afvang en -opslag|CO<sub>2</sub>-afvang en -opslag]] ([[blauwe waterstof]])<ref>[https://nos.nl/artikel/2552188-gasunie-legt-netwerk-aan-voor-het-nieuwe-gas-maar-waar-blijft-de-groene-waterstof Gasunie legt netwerk aan voor 'het nieuwe gas', maar waar blijft de groene waterstof?], NOS, 17 januari 2025</ref> en waterstof die in zijn puurste vorm in de grond gevonden wordt ([[witte waterstof]]).<ref>[https://www.change.inc/energie/onderzoek-naar-witte-waterstof-in-nederland-en-antillen-40813 TNO gaat onderzoek doen naar witte waterstof in Nederland en Antillen], 20 februari 2024</ref>

== Geologische winning ==

In Mali wordt sinds 2014 jaarlijks 5 ton zogenaamde [[witte waterstof]] gewonnen.<ref>[https://waterstofguide.nl/waterstof/productie/wit Wat is witte waterstof en is het de toekomst van schone energie?]</ref> Deze waterstof is in de diepere bodem gevormd en wordt naar boven geleid.<ref>[https://www.engineersonline.nl/mega-vondst-witte-waterstof-in-lotharingen/ Mega-vondst witte waterstof in Lotharingen]</ref> In Lotharingen is een veel grotere hoeveelheid gevonden, waarvan men zich afvraagt of deze witte waterstof zichzelf niet zou kunnen aanvullen als een voortdurende chemische reactie in de diepere bodem.<ref>[https://fd.nl/bedrijfsleven/1498823/enorme-bel-waterstof-bij-noord-franse-metz-kan-revolutie-ontketenen Enorme bel waterstof bij Noord-Franse Metz kan revolutie ontketenen]</ref>

== Toepassingen ==
Voor industriële toepassingen zijn grote hoeveelheden waterstofgas nodig in zogenaamde [[Hydrogeneren|hydrogenatie]]reacties, onder andere in het [[Haber-Boschproces]] waarin [[ammoniak]] geproduceerd wordt, het [[harden (voeding)|harden]] van [[vet]]ten en [[olie|oliën]] en de productie van [[methanol]].

Andere toepassingen waar waterstofgas voor nodig is:
*Hydro[[alkylatie]], hydro-ontzwaveling, [[Kraken (scheikunde)|hydrokraken]].
*[[Hydrogenolyse]], een methode om een enkelvoudige organische binding te splitsen door formele additie van waterstofgas. 
*Productie van [[zoutzuur]], [[lassen]], als [[raketbrandstof]], en voor [[reductie (chemie)|reductie]] van [[metaalerts]]en.
* [[Vloeibare waterstof]] wordt gebruikt bij [[cryogeen]] onderzoek, onder meer in studies naar [[supergeleiding]],
*Waterstofgas weegt slechts 1/14 van een gelijk volume aan lucht. Om die reden werd het in het verleden veel toegepast als vulling in [[luchtballon|ballonnen]] en [[luchtschip|zeppelins]]. Vanwege de brandbaarheid wordt dit tegenwoordig veel minder gedaan.
*Waterstofgas wordt gebruikt voor het koelen van [[Dynamo|generatoren]] met een vermogen groter dan 200 [[Watt (eenheid)|MW]].

=== Brandstof ===
Diwaterstof kan als brandstof dienen voor [[Verbrandingsmotor|verbrandingsmotoren]]. [[BMW]] heeft een brandstofmotor ontwikkeld die enkel op waterstof werkt. In [[juni 2008]] werd het eerste [[België (hoofdbetekenis)|Belgische]] tankstation voor waterstof geopend<ref>[http://www.express.be/sectors/nl/energy/total-en-bmw-openen-tankstation-op-waterstof/94108.htm Total en BMW openen tankstation op waterstof]. [https://web.archive.org/web/20150924010240/http://www.express.be/sectors/nl/energy/total-en-bmw-openen-tankstation-op-waterstof/94108.htm Gearchiveerd] op 24 september 2015.</ref> langs de [[E19]] in [[Ruisbroek (Vlaams-Brabant)|Ruisbroek]].<ref>[http://www.6minutes.be/NL/Artikel.aspx?ArtikelID=11023&RubriekID=13 Eerste waterstofstation langs E19]</ref> Het is enkel bedoeld voor de enkele BMW-waterstofauto's die reeds in België rondrijden. Deze auto's rijden met Duitse nummerplaat, want waterstof was indertijd in België nog niet erkend als brandstof.<ref>{{Citeer web |url=http://www.stichtingmilieunet.nl/andersbekekenblog/?p=4191 |titel=Anders Bekeken: Eerste waterstof tankstation langs de E19 ! - Newsblog by Milieunet Foundation |bezochtdatum=13 december 2008 |archiefdatum=9 juni 2008 |archiefurl=https://web.archive.org/web/20080609052706/http://www.stichtingmilieunet.nl/andersbekekenblog/?p=4191 |dodeurl=ja }}</ref> Inmiddels wordt waterstof in massa-geproduceerde personenauto's enkel nog gebruikt in combinatie met een brandstofcel en elektromotor.

Een andere toepassing is het [[waterstofvliegtuig]].

=== Brandstofcel (''fuel cell'') ===
[[Brandstofcel|Brandstofcellen]] worden gebruikt om [[milieuvriendelijk]] en zonder [[Koolstofdioxide|CO<sub>2</sub>-uitstoot]] elektrische [[energie]] te produceren. Er moet dan echter eerst waterstofgas geproduceerd worden, en daar is energie voor nodig. Voor de productie van 1 kg waterstof is 52 kWh aan elektrische energie nodig. 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. In 1 kg waterstof zit 39 kWh energie, gemeten naar de [[verbrandingswarmte|calorische bovenwaarde]] (Higher Heating Value). Die kan bij verbranding van waterstof in een [[cv-ketel]] op waterstof geheel gebruikt worden. Bij gebruik van waterstof in een [[brandstofcel]] geldt de calorische onderwaarde (Lower Heating Value) van 33 kWh. Daarvan is ongeveer 50% (afhankelijk van het percentage geleverd vermogen van de brandstofcel) elektrische energie, ongeveer 50% is warmte. De warmte wordt daarbij vaak als verlies gezien, behalve als deze kan worden gebruikt, zoals bijvoorbeeld in een [[waterstofauto]] in de winter.

== Zie ook ==
* [[Vaste waterstof]]
* [[Metallische waterstof]]
* [[Waterstof-slush]]
* [[Waterstofboot]]
* [[Waterstofopslag]]
* [[Waterstoftechniek]]

== Externe link ==
* {{Link International Chemical Safety Card|id=0001}}

{{Appendix}}
{{Navigatie diatomische elementen}}
{{Navigatie brandstoffen}}
{{Commons|Dihydrogen|Diwaterstof}}

[[Categorie:Waterstof]]
[[Categorie:Ontvlambare stof]]
[[Categorie:Brandstof]]
[[Categorie:Koudemiddel]]