Wasser kennst du als Stoff aus der Klasse 5-6. Hier die wichtigsten Eigenschaften von reinem Wasser:

Die Formel $\mathrm{H_2O}$ sagt, dass Wasser aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht. Dass es wirklich eine Verbindung ist, zeigt ein Versuch.

Aufbau: Ein Glasgerät mit zwei senkrechten Röhren (Hofmann-Apparat) ist mit Wasser gefüllt, in dem etwas Salz gelöst ist, damit es Strom leitet. In jeder Röhre steckt eine Elektrode, ein Draht oder eine Platte, die den Strom ins Wasser bringt. Beide hängen an einer Batterie oder einem Netzgerät.

Durchführung und Beobachtung: Du schaltest den Strom ein. An beiden Elektroden steigen Gasbläschen auf und sammeln sich oben in den Röhren. In der einen Röhre ist bald doppelt so viel Gas wie in der anderen. Das größere Gas gibt die Knallgasprobe (siehe unten): Es ist Wasserstoff. Ein glimmender Holzspan flammt im kleineren Gas auf: Es ist Sauerstoff.

Auswertung: Wasser zerfällt durch Strom in zwei Elemente. Es ist also eine Verbindung. Der Strom liefert die nötige Energie, die Reaktion ist endotherm. Das Gasvolumen im Verhältnis 2 zu 1 passt zu den Zahlen der Gleichung: 2 vor $\mathrm{H_2}$, 1 vor $\mathrm{O_2}$.

Wasserstoff ($\mathrm{H_2}$) ist farblos und geruchlos. Es ist das leichteste Gas, viel leichter als Luft, und löst sich kaum in Wasser.

Darstellung: Außer durch die Zerlegung von Wasser gewinnt man ihn im Labor aus Zink und verdünnter Salzsäure (einer ätzenden, sauren Lösung). Es sprudelt, und es entstehen Wasserstoff und Zinkchlorid. Das Gas steigt nach oben, darum hält man das Auffangglas mit der Öffnung nach unten darüber.

Nachweis (Knallgasprobe): Du hältst ein mit Wasserstoff gefülltes Reagenzglas mit der Öffnung nach unten an eine Flamme. Ist Luft beigemischt, hörst du einen Knall. Ein Gemisch aus Wasserstoff und Luft heißt Knallgas.

Bildung von Wasser: Wasserstoff verbrennt mit Sauerstoff zu Wasser. An einem kalten Glas über der Flamme schlagen sich Wassertropfen nieder. Dabei wird Energie als Wärme frei, die Reaktion ist exotherm.

Ein Energieträger ist ein Stoff, in dem Energie gespeichert ist, die man später nutzen kann, zum Beispiel Benzin, Kohle oder Holz. Auch Wasserstoff ist einer. Bei seiner Verbrennung wird Wärme frei, und es entsteht nur Wasser. Raketen nutzen flüssigen Wasserstoff.

Wasserstoff ist aber keine Energiequelle wie die Sonne. Auf der Erde gibt es kaum freien Wasserstoff, er steckt in Wasser und anderen Verbindungen. Man muss ihn mit Energie herstellen, zum Beispiel durch die Zerlegung von Wasser. Diese Energie bekommst du bei der Verbrennung (ohne Verluste gedacht) wieder heraus.

Vorteile: Aus Strom von Sonne und Wind kann man Wasserstoff herstellen und speichern. Beim Verbrennen entsteht kein Kohlenstoffdioxid. Nachteile: Die Herstellung kostet Energie, ein Teil geht verloren. Das Gas braucht viel Platz oder hohen Druck, und mit Luft gemischt ist es explosiv. Klimafreundlich ist Wasserstoff nur, wenn der Strom für seine Herstellung nicht aus fossilen Brennstoffen kommt.

Im Wassermolekül sind zwei Wasserstoffatome mit einem Sauerstoffatom verbunden. Das Molekül ist gewinkelt: Die beiden Bindungen bilden einen Winkel von etwa 105°. Beide Bindungen sind polar: Das Sauerstoffende ist ein wenig negativ, jedes Wasserstoffende ein wenig positiv geladen.

Wegen des Winkels liegen die beiden positiven Enden auf der einen Seite des Moleküls und das negative Ende auf der anderen. Ein Molekül mit einem positiven und einem negativen Ende heißt Dipol. Wasser besteht aus Dipolmolekülen.

Zucker und Salz lösen sich in Wasser, Öl nicht. Das liegt an den Dipolen. Salz besteht aus geladenen Teilchen. Die Wassermoleküle lagern sich mit ihren Enden an sie an und lösen sie aus dem Kristall (mehr dazu in der Lektion über Ionen). Auch Zucker hat polare Bindungen und löst sich gut.

Öl besteht aus unpolaren Molekülen. Zwischen Öl und Wasser entsteht keine solche Anziehung, die Wassermoleküle halten sich lieber aneinander, und das Öl bleibt oben. Als Faustregel gilt: Stoffe aus geladenen oder polaren Teilchen lösen sich meist gut in Wasser, unpolare nicht.