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hydrogène

Corps simple, gazeux, qui entre dans la composition de l'eau. (Élément chimique de symbole H.)

  • Numéro atomique : 1
  • Masse atomique : 1,008 0
  • Température de fusion : − 259,14 °C
  • Température d'ébullition : − 252,87 °C
  • Masse volumique : 0,071 g/cm3

L'hydrogène fut identifié par Cavendish en 1766. L'atome d'hydrogène ordinaire est constitué d'un unique proton, autour duquel gravite un seul électron. On connaît en outre deux isotopes de l'hydrogène : le deutérium et le tritium.

Propriétés physiques

L'hydrogène, constitué de molécules H2, est un gaz incolore et inodore ; il est le plus léger de tous les corps, sa densité par rapport à l'air étant 0,07. Il traverse, plus rapidement qu'aucun autre gaz, les parois poreuses et même certains métaux au rouge. Après l'hélium, c'est le gaz le plus difficile à liquéfier. L'hydrogène ordinaire est un mélange de deux isomères, l'orthohydrogène et le parahydrogène, dont les molécules ont des structures différentes. L'atome d'hydrogène s'ionise parfois sous la forme H (dans les tubes à décharge), mais surtout sous la forme H+, c'est-à-dire sous forme de proton. Il ne peut exister seul dans une substance polarisable : il devient H3O+ dans l'eau.

Propriétés chimiques

Peu actif à froid, l'hydrogène donne à chaud ou au contact de catalyseurs de nombreuses réactions. Élément univalent, il présente un caractère nettement électropositif. Il se combine directement à la plupart des non-métaux ainsi qu'aux métaux alcalins et alcalinoterreux. Les halogènes donnent avec lui des hydracides. Il brûle avec une flamme bleue, et son mélange avec l'oxygène, détonant au contact d'une étincelle ou de mousse de platine, est employé dans le chalumeau oxhydrique. L'hydrogène se combine au soufre à chaud et à l'azote sous pression (préparation de l'ammoniac). Particulièrement avide d'oxygène et de chlore, il peut réduire beaucoup de leurs combinaisons. Il réduit les oxydes du soufre, de l'azote, de l'arsenic, etc. Il réduit aussi le monoxyde de carbone à chaud en donnant du méthane (en présence de nickel), des carbures saturés (synthèse de Fischer-Tropsch) ou du méthanol (en présence de ZnO). Les conditions de réduction sont améliorées lorsque le corps à réduire est placé dans le milieu même où l'hydrogène est produit (l'hydrogène naissant, vraisemblablement sous forme atomique). En soufflant de l'hydrogène dans un arc électrique, on obtient l'hydrogène atomique de Langmuir, qui réduit tous les oxydes et se combine à froid à la plupart des non-métaux.

Avec les métaux de transition, l'hydrogène donne des composés interstitiels, les atomes d'hydrogène se plaçant dans les vides du réseau cristallin. Certains métaux peuvent absorber ainsi des quantités importantes d'hydrogène : certains hydrures métalliques font l'objet d'études pour le stockage de l'hydrogène à bord de véhicules où il servirait de carburant.

Élément le plus abondant de l'Univers, l'hydrogène n'occupe pas sur Terre la première place. L'air atmosphérique en renferme de petites quantités (3/10 000 en volume) ; à l'état de combinaison, l'hydrogène figure dans l'eau, dans beaucoup de corps minéraux et dans tous les corps organiques. C'est à partir de l'hydrogène que se forment les éléments plus lourds dans les étoiles, lors des réactions thermonucléaires.

Préparation et usages

On prépare l'hydrogène industriellement à partir de l'eau (électrolyse ou réduction par le carbone) ou de mélanges gazeux qui en contiennent (gaz naturel, gaz des cokeries, gaz de pétrole). On procède principalement par décomposition catalytique des hydrocarbures (sous-produits du craquage du pétrole brut) par la vapeur d'eau. Au laboratoire, on prépare habituellement l'hydrogène par action de l'acide chlorhydrique dilué sur le zinc.

L'hydrogène est devenu un gaz industriel de première importance. À l'état libre, il fut longtemps utilisé pour le gonflement des aérostats ; il est aujourd'hui employé comme matière première dans un grand nombre d'opérations chimiques (synthèse de l'ammoniac et du méthanol, traitements en pétrochimie).

L'hydrogène liquide est souvent employé comme combustible pour la propulsion des lanceurs d'engins spatiaux. Produit par électrolyse de l'eau, il pourrait constituer un vecteur énergétique de l'avenir.