Wasserstoff, pH-Wert, Elektronen, Protonen
Die Unterscheidung zwischen diesen verschiedenen Formen von Wasserstoff kann für diejenigen von uns, die im Chemieunterricht in der Schule nicht aufgepasst haben, verwirrend sein. Hier ist ein Versuch zur Klärung.
H = Atomarer Wasserstoff
Atomarer Wasserstoff ist das einfachste Element. Er besteht aus einem Proton und einem ungepaarten Elektron, was bedeutet, dass er ein freies Radikal ist.
Ein Wasserstoffatom existiert jedoch selten allein, da sein ungepaartes Elektron begierig danach strebt, sich mit einem anderen Elektron zu verbinden.
Die molekulare Form von Wasserstoff ist häufiger.
H2= Molekularer Wasserstoff
H2 ist ein Gas, das sich bildet, wenn zwei Wasserstoffatome sich miteinander verbinden und ein Wasserstoffmolekül bilden. H2 wird auch als molekularer Wasserstoff bezeichnet. Es besteht aus zwei Protonen und zwei Elektronen. Folglich ist es die häufigste Form von Wasserstoff, da es stabil ist und eine neutrale Ladung besitzt. H2 ist kein freies Radikal. Es ist das Antioxidans im „wasserstoffreichen“ Wasser.
H2 ist das kleinste Molekül im Universum. Das bedeutet, es kann dorthin gelangen, wo nichts anderes hinkommt … auch in Ihre Mitochondrien, die Kraftwerke Ihrer Zellen. Wasserstoffgas kann nicht in Plastik aufbewahrt werden, da es direkt durch die Wände des Behälters dringt.
H+ = Proton
Wenn das Wasserstoffatom ein Elektron verliert, bleibt nur ein Proton übrig. Es wird zum positiv geladenen Wasserstoffion, bekannt als H+. Dies ist die Form von Wasserstoff, die das ATP-Enzym produziert, das unsere Zellen und Mitochondrien antreibt.
Das H+-Wasserstoffion ist die Grundlage der pH-Skala.
H:– = Hydrid
Hydrid ist ein Wasserstoffatom, das ein zusätzliches Elektron besitzt. Das bedeutet, dass es ein negativ geladenes Ion oder Anion ist. Deshalb hat das Hydridion (H-) das Minuszeichen, das es von einem normalen Wasserstoffatom (H) unterscheidet. Die beiden Punkte nach dem H bedeuten, dass dieses Ion zwei Elektronen anstelle von nur einem besitzt. Das zusätzliche Elektron bedeutet, dass H- kein freies Radikal ist, es ist jedoch nicht stabil, da diese Form von Wasserstoff eine sehr starke Base (extrem alkalisch) ist, die mit Wasser zu Hydroxid (OH– und molekularem Wasserstoff (H2) reagiert.
H:– + H2O –> H2O + OH–
Hydrid (H:–) reagiert auch mit Metallen zu chemischen Verbindungen, die Reduktionsmittel sind.
OH– = Hydroxidion
Hydroxid (OH–) ist auch als Hydroxylion bekannt. Wenn Wasser dissoziiert oder sich in seine Bestandteile zerlegt, bildet es OH– (Hydroxidionen) und H3O+ (Hydroniumionen).
2H2O ⇆ OH– und H3O+
Diese Reaktion ist reversibel. Das Hydroxidion reagiert auch mit dem Hydroniumion (H3O+) zu zwei Wassermolekülen.
Das Hydroxidion (OH–) ist eine Base (alkalisch). Das Hydroxidion ist kein freies Radikal oder Antioxidans. Gelöstes molekulares Wasserstoffgas (H2) ist das Antioxidans in „wasserstoffreichem“ Wasser.
OH• = Hydroxylradikal
H3O+ = Hydroniumion
Ein Wassermolekül (H2O) plus ein Wasserstoffion (H+) wird zu einem Hydroniumion (H3O+). Das H+-Ion ist ein einzelnes Proton mit einer starken Ladung. Es existiert in einer wässrigen Lösung nicht allein, da es sofort von den ungeteilten Elektronen im Sauerstoffatom des H2O angezogen wird. Das Ergebnis ist Hydronium (H3O+). Dieser Prozess ist reversibel. Zwei Wassermoleküle können dissoziieren, um Hydronium plus Hydroxid zu bilden.
2H2O ⇆ OH– und H3O+
pH = Potenz des Wasserstoffs
Der pH-Wert gibt an, ob Wasser sauer, neutral oder alkalisch ist. Mehr H+ = saurer. Weniger H+ = alkalischer.
Da H+ sofort mit H2O assoziiert, um H3O+ (Hydronium) zu bilden, kann man auch sagen, dass der pH-Wert ein Maß für die Konzentration von H3O+ in einer Lösung ist.
Die pH-Skala ist logarithmisch. Eine Erhöhung um 1 auf der pH-Skala führt zu einer 10-fachen Abnahme der Hydroniumionenkonzentration, und eine Erhöhung um 3 auf der pH-Skala führt zu einer 1.000-fachen Abnahme der Hydroniumionenkonzentration.