Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
H

hydrogène (suite)

Le tritium utilisé comme traceur ou en technique nucléaire est essentiellement produit par la réaction nucléaire

C’est un émetteur de rayon β de faible énergie (0,018 MeV), avec une période de 12,5 ans aussi le tritium présent dans l’hydrogène naturel provient-il d’une synthèse nucléaire permanente par suite de la réaction des neutrons du rayonnement cosmique sur l’azote selon

On peut induire des réactions nucléaires par bombardement au moyen de protons, noyaux du protium, désignés par p, en particulier sur des nucléides légers ; telle est la réaction déjà faite en 1932 :

ou encore la réaction

Les noyaux de deutérium, ou deutons (désignés aussi par d), sont d’intéressants agents de bombardement de noyaux ; ainsi, on connaît

et encore

Le deutérium est utilisé comme ralentisseur de neutrons dans les piles nucléaires à eau lourde (

ou D2O) [car le protium capte trop facilement les neutrons] et aussi comme traceur d’hydrogène. On concentre et isole le deutérium (engagé dans l’eau lourde) soit par électrolyse prolongée d’une solution aqueuse de soude (l’eau lourde se concentrant dans l’eau résiduelle du bac d’électrolyse), soit en profitant de constantes d’équilibre légèrement différentes pour le protium et le deutérium dans des réactions d’échange. Le deutérium a des propriétés très voisines de celles du protium (point d’ébullition : 20,4 K pour le protium et 23,5 K pour le deutérium ; point d’ébullition de 100 °C pour H2O et 101,4 °C pour D2O).

Le tritium a été utilisé dans des explosions par fusion nucléaire.

Harold Clayton Urey

Chimiste américain (Walkerton, Indiana, 1893). Il a découvert, en 1932, l’eau lourde et le deutérium, ce qui lui a valu le prix Nobel de chimie pour 1934. Puis il s’est attaché à la séparation de nombreux isotopes. Dans la préparation de l’explosif nucléaire, il s’est occupé de l’enrichissement de l’uranium en isotope 235, par centrifugation de l’hexafluorure gazeux et diffusion à travers des cloisons poreuses.


Corps simple

L’hydrogène, que l’on peut produire à la cathode lors d’une électrolyse de l’eau (rendue conductrice par dissolution de soude), par action de la vapeur d’eau au rouge sur le carbone, avec conversion ultérieure de l’oxyde de carbone formé en même temps que l’hydrogène au moyen d’une nouvelle quantité de vapeur d’eau en présence d’oxyde ferrique vers 450 °C, est actuellement de plus en plus produit à partir d’hydrocarbures (méthane ou fractions pétrolières).

On utilise à cet effet soit la dissociation thermique :
CH4 → C + 2 H2,
soit surtout l’oxydation ménagée par l’oxygène :
CH4 + 1/2 O2 → CO + 2 H2,
complétée par
CO + H2O → CO2 + H2,
ou l’oxydation ménagée par la vapeur d’eau :
CH4 + H2O → CO + 3 H2.

L’hydrogène est, dans ses différents états physiques, constitué de molécules diatomiques ; la distance moyenne entre les noyaux est de 0,74 Å. Il faut 102,5 kcal par mole, soit 4,45 eV par molécule, pour séparer les deux atomes. Cette molécule est très stable et ne se dissocie qu’à très haute température (sous une pression d’une atmosphère, on observe, à 2 000 K, 7.10–6 p. 100 de molécules dissociées ; à 3 000 K, 7,9 p. 100). On a plus facilement de l’hydrogène atomique par action d’une décharge électrique silencieuse sur de l’hydrogène sous une pression réduite d’un millième à un centième d’atmosphère. Cet hydrogène atomique est beaucoup plus réactif que l’hydrogène ordinaire ; avec les métaux alcalins, il donne naissance à l’hydrure correspondant dès la température ordinaire, le sulfate de baryum est réduit en sulfure et les solutions aqueuses de sulfate ou de nitrate d’argent sont réduites avec formation d’argent métallique.

Suivant que les spins nucléaires sont parallèles ou antiparallèles, on a l’orthohydrogène ou le parahydrogène. À 0 °C, on a 25 p. 100 de parahydrogène dans l’hydrogène ordinaire.

L’hydrogène réagit avec de nombreux autres corps simples. (V. ces corps simples et le paragraphe hydrures.) En particulier, il se combine à l’oxygène sous l’influence d’un catalyseur (platine) ou d’un point chaud, et cela peut avoir lieu avec explosion pour des proportions convenables du mélange :
H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l),
ΔH0298 °C = – 68,3 kcal.

Il en résulte un caractère réducteur de l’hydrogène, et un bon nombre d’oxydes sont réduits par lui (v. fer) ; mais les oxydes des éléments les plus électropositifs sont pratiquement irréductibles (MgO, Al2O3).

Avec les corps organiques, on a un certain nombre d’intéressantes réactions ; l’hydrogène s’additionne sur des liaisons multiples en présence de catalyseur (platine et nickel divisés) :
C2H4 + H2 → C2H6
ou C6H6 + 3 H2 → C6H12.

On peut observer des hydrogénations de divers groupes fonctionnels organiques ; ainsi :
C6H5—NO2 + 3 H2 → C6H5—NH2 + 2 H2O ;
CH3—CHO + H2 → CH3—CH2OH.

On peut réaliser des hydrogénolyses qui consistent en une scission de la molécule avec fixation d’hydrogène ; à ce titre, en présence de nickel Raney (provenant de l’attaque d’un alliage Ni-Al par la soude), on observe des réactions telles que :
R—CO—CHR′—CO—R″ + 3 H2 → R—CH2OH + R′—CH2—CHOH—R″.

La plus importante utilisation de l’hydrogène est la synthèse de l’ammoniac,
N2 + 3 H2 ⇄ 2 NH3,
en présence de fer agissant comme catalyseur vers 450 °C et sous une pression importante, généralement entre 200 et 1 000 atmosphères.