Hydrogene

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Hydrogene

Hydrogène

Pix.gif Hydrogène Nuvola apps edu science.svg
‚ÄĒ ‚Üź Hydrog√®ne ‚Üí H√©lium
‚ÄĒ
  Hexagonal.png
 
1
H
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
‚ÜĎ
H
‚Üď
Li
Table compl√®te ‚ÄĘ Table √©tendue
Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Hydrogène, H, 1
Série chimique Non-métaux
Groupe, Période, Bloc 1, 1, s
Masse volumique 0,089 9 kg/m3
Couleur Aucune
N¬į CAS
N¬į EINECS
Propriétés atomiques
Masse atomique 1,007 94 u
Rayon atomique (calc) 25 (53) pm
Rayon de covalence 37 pm[1]
Rayon de van der Waals 120 pm[1]
Configuration électronique 1s1
√Člectrons par niveau d'√©nergie 1
√Čtat(s) d'oxydation -1, +1
Oxyde amphotère
Structure cristalline Hexagonale
Propriétés physiques
√Čtat ordinaire Gaz
Temp√©rature de fusion -259,1 ¬įC ; 14,025 K
Temp√©rature d'√©bullition -252,9 ¬įC ; 20,268 K
√Čnergie de fusion 0,058 68 kJ/mol
√Čnergie de vaporisation 0,449 36 kJ/mol
Temp√©rature critique  K
Pression critique  Pa
Volume molaire 22,42√ó10-3 m3/mol
Pression de vapeur ‚ÄĒ
Vitesse du son 1270 m/s √† 20 ¬įC
Divers
√Člectron√©gativit√© (Pauling) 2,2
Chaleur massique 14 304 J/(kg·K)
Conductivit√© √©lectrique ‚ÄĒ S/m
Conductivité thermique 0,181 5 W/(m·K)
1e √Čnergie d'ionisation 1312 kJ/mol
2e √Čnergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation2}}} kJ/mol
3e √Čnergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation3}}} kJ/mol
4e √Čnergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation4}}} kJ/mol
5e √Čnergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation5}}} kJ/mol
6e √Čnergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation6}}} kJ/mol
7e √Čnergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation7}}} kJ/mol
8e √Čnergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation8}}} kJ/mol
9e √Čnergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation9}}} kJ/mol
10e √Čnergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation10}}} kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
1H 99,985 % stable avec 0 neutrons
2H 0,015 % stable avec 1 neutrons
3H traces
{syn.}
12,33 a ő≤- 0,019 3He
Précautions
NFPA 704
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.

Dans le langage courant, on appelle ¬ę hydrog√®ne ¬Ľ le gaz de formule chimique H2 qui se nomme en toute rigueur dihydrog√®ne. Pour les propri√©t√©s relatives √† ce gaz (propri√©t√©s chimiques, production industrielle, stockage‚Ķ) voir l'article dihydrog√®ne.

L'hydrogène est le principal constituant du Soleil et de la plupart des étoiles, dont l'énergie provient de réactions de fusion thermonucléaire de l'hydrogène.

Le nom hydrog√®ne vient du grec ŠĹēőīŌČŌĀ (hud√īr), ¬ę eau ¬Ľ et ő≥őĶőĹőĹŠĺįőĹ (gennen), ¬ę engendrer ¬Ľ. Ce nom lui a √©t√© donn√© par Lavoisier qui rebaptise ainsi l'¬ę air inflammable ¬Ľ mis en √©vidence par Cavendish en 1766.

Sommaire

L'atome d'hydrogène

L'hydrog√®ne est l'√©l√©ment chimique le plus simple ; son isotope le plus commun est constitu√© seulement d'un proton et d'un √©lectron. L'hydrog√®ne est ainsi le plus l√©ger atome existant. Comme il ne poss√®de qu'un √©lectron, il ne peut former qu'une liaison covalente : c'est un atome univalent.

Cependant, l'hydrogène solide peut être métallique lorsqu'il est sous très haute pression. Il cristallise alors avec une liaison métallique (voir hydrogène métallique). Dans le tableau périodique des éléments, il est d'ailleurs dans la colonne des métaux alcalins. N'étant pas présent dans cet état sur Terre, il n'est toutefois pas considéré comme un métal en chimie.

Abondance

L'hydrog√®ne est l'√©l√©ment le plus abondant de l'Univers : 75 % en masse et 92 % en nombre d'atomes. Il est pr√©sent en grande quantit√© dans les √©toiles et les plan√®tes gazeuses.

Dans la cro√Ľte terrestre, l'hydrog√®ne ne repr√©sente que 0,22 % des atomes, loin derri√®re l'oxyg√®ne (47 %) et le silicium (27 %)[2]. Il est rare √©galement dans l'atmosph√®re terrestre, puisque le dihydrog√®ne ne repr√©sente en volume que 0,55 ppm des gaz atmosph√©riques. Sur Terre, la source la plus commune d'hydrog√®ne est l'eau dont la mol√©cule est constitu√©e de deux atomes d'hydrog√®ne et d'un atome d'oxyg√®ne ; l'hydrog√®ne est surtout le principal constituant (en nombre d'atomes) de toute mati√®re vivante, puisqu'il est pr√©sent, associ√© au carbone dans tous les compos√©s organiques. par exemple, l'hydrog√®ne repr√©sente 63 % des atomes du corps humain[2].

Sous des très faibles pressions, comme celles qui existent dans l'espace, l'hydrogène a tendance à exister sous forme d'atomes individuels, simplement parce qu'il est alors improbable qu'ils entrent en collision pour se combiner. Les nuages de dihydrogène sont à la base du processus de la formation des étoiles.

Fusion nucléaire de l'hydrogène

L'hydrog√®ne pr√©sent en grandes quantit√©s dans le cŇďur des √©toiles est une source d'√©nergie via les r√©actions de fusion nucl√©aire qui combinent quatre atomes d'hydrog√®ne pour former un atome d'h√©lium. Les deux voies de cette fusion nucl√©aire naturelle sont le cycle carbone-azote-oxyg√®ne catalytique de Bethe et von Weizs√§cker et la cha√ģne proton-proton.

La fusion nucléaire de l'hydrogène est aussi la source d'énergie principale dans les bombes à hydrogène ou bombes H.

L'hydrogène solide

L'hydrog√®ne solide est l'√©tat solide de l'hydrog√®ne, obtenu en diminuant la temp√©rature en dessous du point de fusion de l'hydrog√®ne, situ√© √† 14,01 K (-259,14 ¬įC). L'√©tat solide fut obtenu pour la premi√®re fois en 1899 par James Dewar. Ce dernier publia ses travaux sous le titre "Sur la solidification de l'hydrog√®ne" dans les Annales de chimie et de physique, 7e s√©rie, volume 18, Octobre 1899.[3] [4]

Recherche

  • 1972 - The experimental determination of the melting characteristics of solid hydrogen [5]

L'hydrogène métallique

Article d√©taill√© : Hydrog√®ne m√©tallique.

L'hydrogène métallique est une phase de l'hydrogène qui survient lorsqu'il est soumis à une très forte pression et à de très basses températures. C'est un exemple de matière dégénérée. D'aucuns estiment qu'il y a un intervalle de pressions (autour de 400 GPa) tel que l'hydrogène métallique est liquide, même à de très basses températures[6]' [7].

Composés chimiques de l'hydrogène

Les composés covalents

L'atome d'hydrogène peut engager son unique électron pour former une liaison covalente avec de nombreux atomes non-métalliques.

Les compos√©s les plus connus sont :

L'hydrog√®ne est √©galement pr√©sent dans toutes les mol√©cules organiques, o√Ļ il est li√© principalement √† des atomes de carbone, d'oxyg√®ne et d'azote.

L'ion hydrogène H+ ou proton

L'atome d'hydrogène peut perdre son unique électron pour donner l'ion hydrogène H+.

On le d√©signe alors couramment par le nom de proton, √©tant donn√© qu'en perdant son √©lectron l'atome est r√©duit √† son noyau, et que dans le cas de l'isotope le plus abondant 1H ce noyau n'est constitu√© que d'un proton. Cette appellation n'est pas rigoureusement correcte si l'on tient compte de la pr√©sence, certes discr√®te (inf√©rieure √† 0,02 %), des autres isotopes‚Ķ

Son rayon est tr√®s petit : environ 1,5√ó10‚ąí15 m contre 5√ó10‚ąí11 m pour l'atome.

Il n'existe pas √† l'√©tat libre mais est toujours li√© au nuage √©lectronique d'une mol√©cule. En solution aqueuse (telle H2O) il est solvat√© par des mol√©cules d'eau ; on peut en simplifiant consid√©rer qu'il est capt√© par une mol√©cule d'eau, formant un ion oxonium H3O+.

Les hydrures

L'hydrog√®ne se combine avec la plupart des autres √©l√©ments car il poss√®de une √©lectron√©gativit√© moyenne (2,2) et peut ainsi former des compos√©s avec des √©l√©ments m√©talliques ou non-m√©talliques. Les compos√©s qu'il forme avec les m√©taux sont appel√©s hydrures dans lesquels il se trouve sous forme d'ions H‚ąí qui parfois n'existent qu'en solution. Dans les compos√©s avec les non-m√©talliques, l'hydrog√®ne forme des liaisons covalentes, car l'ion H+, qui n'est rien d'autre qu'un simple proton, a une trop forte tendance √† s'associer avec les √©lectrons. Dans les acides en solution aqueuse, il se forme des ions H3O+, association du proton et d'une mol√©cule d'eau.

Les réactions acido-basiques

Article d√©taill√© : R√©action acido-basique.

L'hydrog√®ne joue un r√īle primordial dans une r√©action acido-basique (au sens de la th√©orie de Bronsted-Lowry) puisque cette derni√®re correspond formellement √† l'√©change d'un ion hydrog√®ne H+ entre deux esp√®ces, la premi√®re (l'acide) lib√©rant H+ par rupture d'une liaison covalente, et la deuxi√®me (la base) captant cet H+ par formation d'une nouvelle liaison covalente :

\begin{matrix} \mbox{AH} &+& \mbox{B} &=& \mbox{A}^- &+& \mbox{BH}^+ \\ \mbox{acide1} && \mbox{base2} && \mbox{base1} && \mbox{acide2} \end{matrix}

La liaison hydrogène

Article d√©taill√© : Liaison hydrog√®ne.

La liaison hydrogène est une interaction électrostatique entre l'hydrogène lié chimiquement à un atome électronégatif A et un autre atome électronégatif B (A et B étant typiquement O, N ou F en chimie organique).

Cette liaison joue un r√īle important en chimie organique, puisque les atomes d'oxyg√®ne O, d'azote N ou de fluor F sont susceptibles de cr√©er des liaisons hydrog√®ne, mais aussi en chimie inorganique, entre les alcools et les alkoxydes m√©talliques.

Isotopes

Les 3 isotopes de l'hydrogène

L‚Äôhydrog√®ne est le seul √©l√©ment dont chaque isotope porte un nom sp√©cifique, car leur diff√©rence de masse relativement √† l'hydrog√®ne est significative : du simple au double ou au triple, ce qui explique que, contrairement √† ce qui vaut pour les isotopes en g√©n√©ral, ces diff√©rences peuvent influencer les propri√©t√©s chimiques du deut√©rium ou du tritium par rapport au protium (effet isotopique). L'eau lourde (D2O) est par exemple toxique (√† forte dose) pour de nombreuses esp√®ces : en raison de la grande diff√©rence de masse entre les isotopes la cin√©tique des r√©actions en solution aqueuse ¬ę lourde ¬Ľ est consid√©rablement ralentie‚Ķ

Les isotopes connus de l'hydrog√®ne sont :

  • l‚Äôhydrog√®ne l√©ger ou protium (1H)) ; c'est le plus abondant (~99,98 %). Simplement constitu√© d'un proton et ne poss√®dant donc pas de neutron, c'est un isotope stable.
  • le deut√©rium (2H ou D) ; beaucoup moins abondant (~0,015 % en moyenne ; de 0,0184 √† 0,0082 % de l'hydrog√®ne naturel), il poss√®de un proton et un neutron et c'est un isotope stable. Pr√©sent principalement sous forme de deut√©rure d'hydrog√®ne.
  • le tritium (3H ou T) ; Constitu√© d‚Äôun proton et de deux neutrons, il n'est pr√©sent qu'en infime quantit√© (un atome de tritium pour 1018 atomes d‚Äôhydrog√®ne). Instable, c'est le seul isotope radioactif de l‚Äôhydrog√®ne, dont il poss√®de semble-t-il les m√™mes propri√©t√©s chimiques et physiques si ce n'est qu'il se transforme en 3He par √©mission d'un √©lectron (radioactivit√© ő≤‚ąí). 2H et 3H peuvent participer √† des r√©actions de fusion nucl√©aire‚Ķ
    Sa radiotoxicit√© est r√©put√©e tr√®s faible lorsqu'il est pr√©sent sous forme HTO (eau triti√©e), elle est moins connue et √† ce jour moins bien comprise lorsqu'elle est √©mise par une forme organique (les √©tudes pr√©sentent des r√©sultats contradictoires ou tr√®s variables selon leurs protocoles exp√©rimentaux)[8]. Dans l‚Äôenvironnement, le tritium peut prendre la place de l‚Äôhydrog√®ne dans toutes les mol√©cules o√Ļ il est pr√©sent, y compris dans les mol√©cules ¬ę biologiques ¬Ľ et jusque dans l'ADN o√Ļ il peut √™tre cause de cassure de l'ADN, de mutations ou d'apoptoses cellulaires. Le tritium est un √©l√©ment rare ce qui explique une concentration de l'eau ou des tissus g√©n√©ralement tr√®s faible (hors contaminations accidentelles li√©es √† une source anthropique de tritium).
  • le quaternium ou le t√©tradium (4H ou Q) est l'isotope le plus instable de l'hydrog√®ne √† √©mission de neutron.[9] Sa demi-vie est tr√®s courte : 1,39 √ó 10‚ąí22 secondes[10]
  • l'hydrog√®ne 7, l'isotope le plus riche en neutrons jamais observ√©. Sa demi-vie est de l'ordre de 10‚ąí21 secondes.[11].

Mécanique quantique

L'atome d'hydrogène est l'atome le plus simple qui existe. C'est donc celui pour lequel la résolution de l'équation de Schrödinger, en mécanique quantique, est la plus simple. L'étude de ce cas est fondamental, puisqu'il a permis d'expliquer les différentes liaisons chimiques, avec la théorie des orbitales moléculaires et la théorie VSEPR.

Article d√©taill√© : Atome d'hydrog√®ne.

Voir aussi

Articles connexes

Notes et références

  • (en) Cet article est partiellement ou en totalit√© issu d‚Äôune traduction de l‚Äôarticle de Wikip√©dia en anglais intitul√© ¬ę Solid hydrogen ¬Ľ.
  1. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ (fr) Paul Arnaud, Brigitte Jamart, Jacques Bodiguel, Nicolas Brosse, Chimie Organique 1er cycle/Licence, PCEM, Pharmacie , Cours, QCM et applications, Dunod, 8 juillet 2004, Broch√©, 710 p. (ISBN 2100070355) 
  2. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ p.6 Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham, B. Lubochinsky, Biochimie, De Boeck Universit√©, 2000, 1292 p. (ISBN 2744500208) 
  3. ‚ÜĎ Correspondence and General A-I DEWAR/Box D I
  4. ‚ÜĎ James Dewar, ¬ę Sur la solidification de l'hydrog√®ne ¬Ľ, dans Annales de Chimie et de Physique, vol. 18, 1899, p. 145‚Äď150 [texte int√©gral] 
  5. ‚ÜĎ 1972 - Melting Characteristics and Bulk Thermophysical Properties of Solid Hydrogen
  6. ‚ÜĎ Ashcroft N.W., (en)The hydrogen liquids. J.Phys. A 12, A129-137 (2000).
  7. ‚ÜĎ Bonev, S.A., Schwegler, E., Ogitsu, T., and Galli, G., (en)A quantum fluid of metallic hydrogen suggested by first principles calculations. Nature 431, 669 (2004).
  8. ‚ÜĎ Fiche radiotoxicologique ¬ę tritium ¬Ľ du CEA, version 12-2005, r√©dig√©e par Annabelle Comte
  9. ‚ÜĎ Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam, G. M. Ter-Akopian et al., Nuclear Physics in the 21st Century: International Nuclear Physics Conference INPC 2001, American Institute of Physics Conference Proceedings 610, pp. 920-924, DOI:10.1063/1.1470062.
  10. ‚ÜĎ p. 27, The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties, G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, and A. H. Wapstra, Nuclear Physics A 729 (2003), pp. 3 ;128.
  11. ‚ÜĎ [pdf] Communiqu√© de presse D√©couverte de l'hydrog√®ne 7, le syst√®me nucl√©aire le plus exotique jamais observ√©. ‚Äď 19 novembre 2007

Liens externes

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Voir ¬ę hydrog√®ne ¬Ľ sur le Wiktionnaire.


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
  ‚Üď  
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


M√©tallo√Įdes Non-m√©taux Halog√®nes Gaz rares
M√©taux alcalins  M√©taux alcalino-terreux  M√©taux de transition M√©taux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides √Čl√©ments non class√©s
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  • HYDROG√ČN√Č ‚ÄĒ √ČE. adj. T. de Chimie. Qui est combin√© avec de l hydrog√®ne ‚Ķ   Dictionnaire de l'Academie Francaise, 7eme edition (1835)

  • hydrog√®ne ‚ÄĒ vandenilis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. hydrogen vok. Wasserstoff, m rus. –≤–ĺ–ī–ĺ—Ä–ĺ–ī, m pranc. hydrog√®ne, m ‚Ķ   Fizikos terminŇ≥ Ňĺodynas

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