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Lexikon der Biologie

Wasserstoff

Wasserstoff, Hydrogenium, chemisches Zeichen H, nichtmetallisches, einwertiges chemisches Element (Atom, Bioelemente [Tab.]), das als Bestandteil des Wassers und nahezu aller am Stoffwechsel der Zellen und Organismen beteiligten organischen chemischen Verbindungen von zentraler biologischer Bedeutung ist. Reiner molekularer Wasserstoff (Diwasserstoff, H2; vgl. Infobox ) ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, unter –253 °C eine wasserklare, leichtbewegliche Flüssigkeit; unter –259 °C bildet Wasserstoff weiße Kristalle. Er besteht aus den beiden stabilen Isotopen

(Protium) und

(Deuterium, schwerer Wasserstoff); als künstliches radioaktives Wasserstoffisotop kommt

(Tritium) vor. Die natürlichen Häufigkeiten der beiden stabilen Isotope sind 99,9855% (

) und 0,0145% (

). Obwohl Wasserstoff im Weltall das häufigste Element ist, steht es innerhalb der Erdkruste (Erde) nach Sauerstoff (55,1 Atom-%) und Silicium (16,3 Atom-%) nur an 3. Stelle (15,4 Atom-%), was auf Verluste von Wasserstoff während der Entstehung der Erde (chemische Evolution) und aus der Wasserstoff enthaltenden, reduzierenden Uratmosphäre der Urerde (Miller-Experiment; ä chemische und präbiologische Evolution ) durch Diffusion ins Weltall zurückzuführen ist. In der heutigen, oxidierenden Erdatmosphäre kommt Wasserstoff nur spurenweise in freiem Zustand vor (Spurengase; Atmosphäre [Tab.]). Darüber hinaus kann freier Wasserstoff Bestandteil von Vulkangasen (Vulkanismus) sein oder eingeschlossen in Mineralien bzw. Gesteinen vorkommen. Der weitaus größte Anteil des Wasserstoffs der Erdkruste ist in Form von Wasser (11,2 Gewichtsprozente von Wasser) gebunden. Darüber hinaus ist Wasserstoff Bestandteil der Kohlenwasserstoffe, von Erdgas und Erdöl sowie zahlloser organischer Verbindungen. Wasserstoff ist etwa 14mal leichter als Luft und verbrennt in Gegenwart von Sauerstoff mit blaßblauer, fast unsichtbarer Flamme zu Wasser (2 H2 + O2 → 2 H2O). Bei vielen biologischen Redoxreaktionen (Redoxpotential [Tab.]) wird Wasserstoff mit Hilfe von Enzymen (als Katalysatoren; Katalyse) von organischen Verbindungen (Wasserstoff-Donoren) zu H+ (Wasserstoffion = Proton) oxidiert (Dehydrierung, Reduktionsäquivalente) oder auf andere Verbindungen (Wasserstoff-Akzeptoren) übertragen (Hydrierung, Wasserstoffübertragung). Die bei der Oxidation zu H+ freiwerdenden Elektronen werden innerhalb der Atmungskette letztlich auf Sauerstoff übertragen. Bonhoeffer (K.F.), Cannizzaro (S.), Cavendish (H.), Dalton (J.), Davy (H.), Dehydrogenasen, extraterrestrisches Leben, Miller (S.L.), photobiologische Wasserstoffbildung, protonenmotorische Kraft, Protonenpumpe, Prout (W.), Schoenheimer (R.), Urey (H.C.), Wasser (Abb.), Wasserstoffbrücke (Abb.), wasserstoffoxidierende Bakterien.

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