Scheikunde

Het periodiek systeem Koolstof (C)

Laat een reactie achter / Scheikunde, Wetenschap / Door / 16 september 2012

Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.

Vandaag nummer 6 van de 118 elementen, Koolstof (C).

Klik hierop om naar de wikipedia versie te gaan waarbij je gemakkelijk naar de verschillende elementen kunt doorklikken

 
Waar komt veel koolstof voor?
Koolstof is na waterstof, helium en zuurstof het meest voorkomende element in het heelal, omdat in zware sterren door kernfusie aan het einde van hun leven enorme hoeveelheden koolstof (uit helium) worden gemaakt. Bij supernova’s komen dan ook enorme wolken koolstofrijk stof vrij, die volgens de laatste theorieën de bouwstenen leverden voor het ontstaan van leven. Ook op aarde komt veel koolstof voor, vooral in de vorm van carbonaten, gesteenten waarin het CO32- ion voorkomt. Ook in de oceanen komen veel carbonaationen voor, waar ze verantwoordelijk zijn voor het stabiliseren van de zuurgraad van het zeewater. Daarnaast kent de aarde ook de nodige zuivere koolstof in de vorm van steenkool, grafiet en diamant. Fossiele brandstoffen bestaan uit koolwaterstoffen, zoals methaan (aardgas; CH4) en ingewikkelder ketens. Ook de lucht bevat koolstof in de vorm van CO2, kooldioxide. Buiten de aarde zijn de veel voorkomende chondrieten, koolstofrijke asteroïden een interessante koolstofbron. De atmosfeer van Venus bestaat vrijwel geheel uit een dikke mantel kooldioxide; ook gasreuzen als Jupiter en Saturnus bevatten het nodige koolstof in de vorm van methaan. De Saturnusmaan Titan kent een in het zonnestelsel unieke methaankringloop, met methaanmeren en methaanregens.

Wat zijn de eigenschappen van koolstof?
Koolstof is een klein en licht atoom met in de kern 6 protonen en 6 (12C, plm. 99%) of 7 (13C; 1,1% van alle koolstof op aarde) neutronen. Omdat van de zes elektronen van koolstof maar liefst vier bindingen vormen en het atoom zo klein en licht is, vormen zuivere koolstofmaterialen de sterkste materialen die ons bekend zijn. Grafeen,  moleculair kippengaas, en diamant bestaan uit zuiver koolstof en hebben treksterktes die uit science fictionboeken lijken te komen. Om een grafeen- of diamantvezel met een doorsnede van 1 mm2 te breken, is een kracht van 1 050 000 N nodig (het gewicht van twintig volwassen Afrikaanse mannetjesolifanten van 5 ton elk). Dankzij koolstof kunnen we daarom in theorie een ruimtelift bouwen. Koolstof kan zowel elektronen afstaan als opnemen, waardoor de koolstofchemie (beter bekend als organische chemie) extreem rijk en complex is. De reden overigens waarom de scheikunde is onderverdeeld in organische chemie (waaronder biochemie) en anorganische chemie(de rest; chemie dus waarbij koolstof niet betrokken is). Koolstof verdampt direct als vaste stof (sublimatiepunt boven de 4000 graden) en vormt alleen onder hoge druk en temperatuur een vloeistof. Koolstof is een halfgeleider, maar uit recente ontdekkingen blijkt dat koolstofnanobuisjes ongeveer even goed stroom geleiden als koper en aluminium en deze metalen dus kunnen vervangen.

Toepassingen
Koolstof komt voor in de vorm van koolwaterstoffen, met name de fossiele brandstoffen aardgas en ruwe olie. Uit ruwe olie wordt in de petrochemische industrie onder andere benzine en kerosine gedestilleerd en het dient als basis voor veel synthetische stoffen, waaronder plastics.

Andere toepassingen zijn:

  • De isotoop 14C (ontdekt op 27 februari 1940) wordt gebruikt bij koolstof-14-datering.
  • Grafiet vormt het “streepvormend” deel in potloden, waarbij ook nog klei wordt toegevoegd voor stevigheid.
  • Diamanten (pure koolstof) vinden toepassing in (kostbare) sieraden en worden om hun hardheid onder andere toegepast in boorkoppen.
  • Bij de productie van staal is koolstof een van de stoffen die met het ijzererts wordt gemengd.
  • In kernreactors wordt grafiet in staven toegepast om het kernsplijtingsproces te modereren, ofwel beheersbaar te houden.
  • De chemische en structurele eigenschappen van fullerenen maken dat voor deze koolstofcomplexen misschien een veelbelovende rol is weggelegd in de nanotechnologie.
  • In fijnverdeelde toestand (actieve kool) heeft kool een hoog specifiek oppervlak en kan gebruikt worden als adsorbeermiddel. Het wordt wel gebruikt als filtermateriaal om vloeistoffen te ontkleuren en zelfs ingeslikt om gifstoffen uit het maag-darmkanaal te verwijderen (‘Norit’).
  • Elektronica weerstanden (grafietweerstand); koolstof is een zeer goede stroomgeleider maar als een redelijk grote stroom door in een tot verhouding zeer dun staafje grafiet moet lopen ontstaat een hogere weerstand. Grafiet heeft daarbij als voordeel dat deze niet snel doorsmelt. (Hoe hoger de stroom, hoe groter de temperatuur, en hoe groter de weerstand.)
  • Koolhydraten als ethanol, suikers als sacharose, glucose, fructose, zetmeel enz.
  • Plantaardige oliën en vetten en de verwerking daarvan in voeding en oleochemie.
  • Als allerbelangrijkste: het element koolstof is onmisbaar voor alle levende wezens: alle organische verbindingen bevatten het element koolstof.

Het periodiek systeem Boor (B)

3 reacties / Scheikunde, Wetenschap / Door / 18 september 2012

Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.

Vandaag nummer 5 van de 118 elementen, Boor (B).

Klik hierop om naar de wikipedia versie te gaan waarbij je gemakkelijk naar de verschillende elementen kunt doorklikken

Waar komt boor veel voor?
Boor is een vrij zeldzaam element: de aardkorst bestaat slechts voor ongeveer een honderdduizendste deel uit boor. Boor komt op aarde niet in zuivere vorm voor, maar opgelost in water of in mineralen zoals boraten. 63 procent van de gemakkelijk winbare boorreserves bevinden zich in één land: Turkije, om precies te zijn in de provincies EskiÅŸehir, Kütahya en Balıkesir. In de Amerikaanse Mojavewoestijn bevindt zich een grote dagbouwmijn die meer dan de helft van alle boor ter wereld produceert. Hoewel boor één van de eenvoudigste kernen heeft, wordt het element alleen gevormd onder invloed van kosmische straling en niet in sterren, waardoor het ook in dit heelal zeldzaam is.

Wat zijn de eigenschappen van boor?
Boor is een licht atoom met vijf protonen en zes (11B) resp. vijf (10B) neutronen in de kern. In zuivere vorm is boor een extreem hard, zwart halfmetaal dat pas boven de 2000 graden smelt. De isotoop boor-10, die 19,9% van alle aardse boor uitmaakt, is zeer effectief in het vangen van neutronen. Boor-11, verantwoordelijk voor de rest, kan in theorie voor neutronloze kernfusie gebruikt worden. Als een proton op een boor-11 kern af wordt gevuurd met een voldoend hoge energie (500 keV, de energie dus die een proton krijgt door 500 000 volt spanningsverschil), ontstaat koolstof-12 dat bij deze energie direct uiteenvalt in drie relatief ongevaarlijke alfadeeltjes oftewel heliumkernen, zonder dat neutronen vrijkomen die andere atomen radioactief kunnen maken. Helaas zijn de technische uitdagingen enorm. Boor kan net als stikstof drie (in bepaalde gevallen zelfs vijf) atoombindingen vormen met andere atomen. Omdat het booratoom maar klein is, dus ladingen dicht bij elkaar liggen en er veel atoombindingen per centimeter zijn, doen veel borides (zoals het extreem harde stikstofboride, BN, waarvan de kubische vorm bekend staat als borazon) qua hardheid maar weinig tot niets onder voor koolstofverbindingen zoals diamant.


Toepassingen
Boorzuur wordt veel gebruikt in de textielindustrie. Boorsilicaatglazen zijn technisch erg belangrijk. In vuurwerk geeft toevoeging van het element in amorfe vorm een groene kleur. Boorverbindingen worden onderzocht en toegepast in een breed spectrum van biochemische toepassingen zoals suikerdoorlatende membranen, sensors voor koolhydraten, bestrijding van artritis en in neutronentherapie. 10B heeft een grote werkzame doorsnede voor neutroneninvangst en wordt daarom ook in de nucleaire industrie toegepast, bijvoorbeeld in regelstaven in kernreactoren. Boranen zijn wel voorgesteld als raketbrandstof omdat bij verbranding een grote hoeveelheid energie vrijkomt.

Het periodiek systeem Beryllium (Be)

Laat een reactie achter / Scheikunde, Wetenschap / Door / 13 september 2012

Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.

Vandaag nummer 4 van de 118 elementen, Beryllium (Be).

Klik hierop om naar de wikipedia versie te gaan waarbij je gemakkelijk naar de verschillende elementen kunt doorklikken

Waar wordt veel beryllium aangetroffen?
Beryllium is een vrij zeldzaam element dat vooral in de aardkorst wordt teruggevonden. In zeewater is de concentratie extreem laag. Mineralen waarin veel beryllium voorkomt zijn o.a. beryl (w.o. smaragd) en bertrandiet. Deze komen voor in onder meer Madagascar, Rusland, de VS en Brazilië.

Wat zijn de eigenschappen van beryllium?
Beryllium is ongeveer twee maal zo dicht als water (dus vijf maal zo licht als staal) en in enkele opzichten (elasticiteitsmodulus, buigresistentie) qua sterkte superieur aan staal, wat het tot een gewild constructiemateriaal maakt. Beryllium is in combinatie met een alfadeeltjes afgevende bron als radium een sterke neutronenbron, waardoor het materiaal ook voor nucleaire toepassingen wordt gebruikt. Een uitermate naar trekje van het element is echter de extreme giftigheid. Blootstelling aan berylliumdamp of berylliumstof leidt tot berylliose, een bij zware vergiftiging dodelijke ziekte.

 

Toepassingen
Het is een goed materiaal om röntgenvensters van te maken omdat deze straling gezien de lage massadichtheid van beryllium niet sterk wordt geabsorbeerd en het metaal aan de andere kant sterk genoeg is om een vacuümsysteem te kunnen afsluiten.

Wanneer het blootgesteld wordt aan α-straling, heeft het de eigenschap neutronen vrij te geven. Het wordt dus wel als een zwakke neutronenbron gebruikt.

Vooral in legeringen met koper wordt het element veel toegepast omdat deze materialen goede eigenschappen vertonen. Ze zijn goede geleiders van zowel elektriciteit als warmte, ze zijn licht, sterk, stijf en hard en weerstaan corrosie en vermoeiing. Ze worden toegepast in puntlaselektroden, veren en elektrische contacten. Ze worden veel in de luchtvaart-, ruimte- en defensie-industrie toegepast.

Ook in de nucleaire industrie vindt het element toepassing, het heeft een lage doorsnede voor het invangen van thermische neutronen. Beryllium vormt ook een essentieel onderdeel voor een nieuw type zuiniger en veiliger brandstofstaven voor kernreactoren.

Berylliumoxide (BeO) wordt wel toegepast vanwege zijn goede warmtegeleiding, sterkte, hardheid en zijn bijzonder hoge smeltpunt. Het is in tegenstelling tot het metaal een isolator.

Berylliumoxide wordt steeds vaker als materiaal voor luidsprekerconussen toegepast.

Het periodiek systeem Lithium (Li)

2 reacties / Scheikunde, Wetenschap / Door / 12 september 2012

Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.

Vandaag nummer 3 van de 118 elementen, Lithium (Li).

Klik hierop om naar de wikipedia versie te gaan waarbij je gemakkelijk naar de verschillende elementen kunt doorklikken

Waar kan lithium worden gevonden?
Het meeste lithium die in het heelal wordt aangetroffen is volgens de tegenwoordige inzichten ontstaan tijdens de Big Bang, hoewel ook jonge sterren een beetje lithium maken. Lithium is extreem reactief door het ene ‘extra’ elektron en komt op aarde dan ook alleen in de vorm van lithiumzouten voor. Omdat lithium beter in water oplost dan het zwaardere natrium, wordt in een pekeloplossing onder een zoutvlakte het lithium geconcentreerd in de pekel onder de zoutlaag: de reden waarom veel lithium wordt gevonden onder bijvoorbeeld het opgedroogde zoutmeer Salar del Uyuni in Bolivia. In oudere sterren komt lithium veel minder voor dan in aardachtige planeten, gaswolken en gasreuzen omdat het lithium in de kern wordt afgebroken: in tegenstelling tot helium is de kern van lithium veel minder stabiel.

Eigenschappen van lithium
Lithium is het lichtst bekende metaal en kan met een dichtheid van 0,53 maal die van water zelfs op water drijven. Als alkalimetaal is het zeer reactief: lithium reageert heftig met water en oxideert in de lucht spontaan. De meest voorkomende lithiumisotoop, Li-7 (92,5%), heeft in de kern 3 protonen en 4 neutronen. Het iets lichtere Li-6 (7,5%) een gelijk aantal protonen en neutronen.

Toepassingen

  • Lithiumcarbonaat en lithiumcitraat worden als medicijn gebruikt bij de onderdrukking van manie en depressie. In de volksmond worden deze medicijnen slechts aangeduid met de naam van de werkzame component (het Li+-ion) Lithium.
  • Lithium-6 en Li-7 worden veel gebruikt in waterstofbommen. Als lithium-6 wordt bestraald met neutronen, ontstaat het radioactieve tritium (waterstof-3), dat de explosie in waterstofbommen veel zwaarder maakt. Dit maakt lithium ook interessant  voor kernfusie.
  • Lithium wordt toegepast in oplossingen voor warmteuitwisseling. Het heeft een grote specifieke warmte.
  • Het Li+ ion is bijzonder klein. Er zijn enkele vaste stoffen met een gelaagde structuur waar het tussen de lagen kan indringen. Deze interkalaten zijn interessante materialen voor droge batterijen.
  • Lithium heeft een hoge elektrochemische potentiaal. Het metaal wordt gebruikt in de organische synthese.
  • De halogeniden, zoals lithiumchloride en lithiumbromide, zijn hygroscopisch en worden als droogmiddelen gebruikt.
  • Het stearaat is een veelgebruikt smeermiddel bij hoge temperaturen.
  • Lithium wordt toegevoegd aan speciale glassoorten, zoals glas voor telescoopspiegels.
  • De reactiviteit van lithium met water wordt wel gebruikt als energiebron voor het aandrijven van een torpedo.

Het periodiek systeem Helium (He)

3 reacties / Scheikunde, Wetenschap / Door / 11 september 2012

Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.

Vandaag nummer 2 van de 118 elementen, Helium (He)

Klik hierop om naar de wikipedia versie te gaan waarbij je gemakkelijk naar de verschillende elementen kunt doorklikken

Waar is veel helium te vinden?
Helium is na waterstof het meest voorkomende element in het heelal. Ongeveer een kwart van alle uit atomen bestaande materie bestaat uit helium. Helium komt veel voor in de zon – het element werd voor het eerst ontdekt op de zon, door de spectraallijnen van helium in het zonlicht. Ook de gasreuzen bevatten veel helium. Op aarde is helium erg schaars omdat het aardse zwaartekrachtsveld veel te zwak is om helium bij aardse temperaturen vast te kunnen houden. Alleen in aardgas uit bepaalde bronnen bevindt zich veel helium, dat vrij is gekomen door radioactiviteit. Het dunne laagje maanstof op de maan heeft het nodige helium geabsorbeerd uit de zonnewind.

Eigenschappen van helium
Vrijwel alle helium bestaat uit helium-4, met in de atoomkern 2 protonen en 2 neutronen. Bij veel radioactieve processen zenden atoomkernen een alfadeeltje uit, m.a.w. een helium-4 kern. Verder is er het zeldzame helium-3, met slechts één neutron in de kern. Er zijn geen chemische verbindingen bekend: helium is het meest volmaakte edelgas dat we kennen. Het atoom is zo evenwichtig, dat de ladingsverschillen pas 4 graden boven het absolute nulpunt sterk genoeg zijn om helium vloeibaar te maken. Een unieke en bizarre eigenschap van vloeibaar helium is dat het een supervloeistof vormt. Een beker met supervloeibaar helium stroomt over de randen leeg. Ook is de stroperigheid nul: als de aardse oceanen gevuld zouden zijn met supervloeibaar helium, zou een schip zonder motor maar met een bepaalde beginsnelheid, de oceaan over kunnen steken.

 

Toepassingen
Ballonnen

Helium wordt vaak gebruikt als vulmiddel voor ballonnen en luchtschepen, die immers lichter dan lucht moeten zijn. Men kan dan denken aan reclametoepassingen, maar ook atmosferisch en militair onderzoek zijn belangrijke toepassingen. Helium verdient de voorkeur boven waterstof omdat het niet brandbaar is, en daarmee veiliger.

Het stijgvermogen van helium is 93% van dat van waterstof, een goede vervanging dus. Wel is helium veel kostbaarder dan waterstof, want het is moeilijker te winnen. Bovendien kan het niet met de cascademethode vloeibaar gemaakt worden, waardoor het duur in het gebruik is, bijvoorbeeld bij transport en ook bij toepassing als koelmiddel, vergeleken met vloeibare stikstof.

De vooroorlogse zeppelins konden niet met helium gevuld worden, omdat alleen de Amerikanen in grote hoeveelheden over dit kostbare gas beschikten en het niet aan Duitsland wilden leveren. Duitsland was officieel nog een bevriende staat, maar men was er niet zeker van dat het land van Adolf Hitler het gas alleen voor vredelievende doeleinden zou gebruiken. De zeppelins werden dus met waterstof gevuld, wat in1937 resulteerde in de ramp met de kolossale Hindenburg, waarna voor de zeppelins het doek viel.

Koelmiddel
Doordat helium het laagste smelt- en kookpunt heeft van alle elementen is het een zeer geschikt koelmiddel voor veel toepassingen die extreem lage temperaturen behoeven, zoals supergeleidende magneten en cryogene research en kernreactoren. In vloeibare vorm wordt het gebruikt bij MRI-scans in de medische sector, als koeling voor de supergeleidende elektromagneten.

Diepzeeduiken
Diepzeeduikers ademen vaak een mengsel van helium en zuurstof in, mede omdat zuurstof bij hogere omgevingsdruk giftig is en stikstof onder hoge druk kan leiden tot stikstofnarcose en caissonziekte. Door een deel van de zuurstof en stikstof te vervangen worden deze effecten beperkt. De lage dichtheid van helium zorgt verder voor een afname van de viscositeit van het ademmengsel waardoor het makkelijker adembaar is bij hoge omgevingsdruk.

Overige
Van de chemische inertie wordt gebruikgemaakt bij toepassing als draaggas in de gaschromatografie, als beschermgas bij booglassen en als gas waarin silicium– en germanium-kristallen kunnen aangroeien.

Tot het scala van toepassingen behoort ook het gebruik in gasontladingslampen waar het voor een goudgeel licht zorgt. Vanwege het kleine molecuul wordt het gebruikt voor lektesten, bijvoorbeeld van drukvaten. Het vat wordt dan onder druk gezet met helium, waarna in een stikstof-omgeving het aantal heliumatomen wordt gemeten; zijn die er niet, dan is het vat lekdicht. Voor raketaandrijving wordt afdampend gas gebruikt, dat vrijgelaten wordt uit een houder met vloeibaar helium onder hoge druk. Verder wordt het gas toegepast in supersonische windtunnels.

Het periodiek systeem Waterstof (H)

9 reacties / Scheikunde, Wetenschap / Door / 10 september 2012

Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de Wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.

Om de spits af te bijten het eerste element van de 118, Waterstof (H)

Klik hierop om naar de wikipedia versie te gaan waarbij je gemakkelijk naar de verschillende elementen kunt doorklikken

Waar komt waterstof voor?

Waterstof is het lichtste en meest voorkomende element. Zuiver waterstof, H2, is een brandbaar, zelfs explosief gas en komt op aarde alleen in zeer kleine hoeveelheden in aardgas voor. Vrijwel alle waterstof op aarde komt gebonden, in de vorm van water en koolwaterstoffen, voor. De zon en de gasreuzen Jupiter en Saturnus bestaan voor het grootste deel uit waterstof. Ongeveer driekwart van alle uit atomen ogebouwde materie in het heelal bestaat uit waterstof.

Eigenschappen van waterstof
De verreweg meest voorkomende soort, protium, bestaat uit slechts één proton met daarom heen een elektron. Deuterium heeft naast een proton ook een neutron in de kern, het radioactieve tritium zelfs twee neutronen. Waterstof kan slechts een enkelvoudige chemische binding vormen omdat het maar één elektron heeft. Je vindt waterstofatomen daarom altijd aan de uiteinden van moleculen waar het deel van uitmaakt. Wel kan waterstof zogeheten waterstofbruggen vormen, het gevolg van de aantrekkingskracht tussen de positief geladen waterstofatomen en de negatief geladen zuurstofatomen in bijvoorbeeld water. Deze zijn ongeveer 10% zo sterk als een normale atoombinding. Bestonden deze niet, dan was water een gas, net als kooldioxide.
Onder zeer hoge druk verandert waterstof in een metaal (de reden dat Jupiter een zo sterk magnetisch veld heeft).
Als waterstofkernen samensmelten tot helium komen zeer grote hoeveelheden energie vrij, per kilogram waterstof rond de 330 000 megajoule (iets minder dan 100 000 kWh, voldoende om een Nederlandse familie levenslang van stroom te voorzien).


Toepassingen
Voor industriële toepassingen zijn grote hoeveelheden waterstof nodig in zogenaamde hydrogenatiereacties, onder andere in het Haber-Boschproces waarin ammoniak geproduceerd wordt, het harden van vetten en oliën en de productie van methanol.

Andere toepassingen waar waterstof voor nodig is:

  • Hydroalkylatie, hydro-ontzwaveling, hydrokraken.
  • Productie van zoutzuur, lassen, als raketbrandstof, en voor reductie van metaalertsen.
  • Vloeibaar waterstof wordt gebruikt bij cryogeen onderzoek
  • Waterstof weegt slechts 1/14 van een gelijk volume aan lucht. Om die reden werd het in het verleden veel toegepast als vulling in ballonnen en zeppelins. Vanwege de brandbaarheid wordt dit tegenwoordig veel minder gedaan.
  • Waterstof wordt gebruikt voor het koelen van generatoren met een vermogen groter dan 200 MW.
  • Het waterstofisotoop deuterium wordt in nucleaire toepassingen gebruikt als moderator om neutronen te vertragen. Deuteriumverbindingen vinden ook toepassingen in de chemie en biologie bij studies naar isotoopeffecten op reacties, en voor gebruik in NMR-experimenten en neutronenverstrooiing waar gewoon waterstof de meting zou verstoren.
  • Het waterstofisotoop tritium wordt geproduceerd in kernreactoren en is nodig voor de fabricage van een waterstofbom, in biologische en biomedische wetenschappen gebruikt als isotooplabel, en als stralingsbron in lichtgevende verf.
  • Deuterium en tritium worden ook gebruikt als brandstof in experimentele kernfusie reactoren zoals ITER.