Hydrogène - Définition

Données
— - Hydrogène - Hélium — H Li         1 H                                                                                                                                                                                                                                           Table complète - Table étendue
Général
Nom, Symbole, Numéro	Hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), H, 1
Série chimique	Non-métal (Les non-métaux forment une série chimique du tableau périodique qui regroupe les...)
Groupe, Période, Bloc	1, 1, s
Masse volumique (La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par...)	0,089 9 kg/m3
Couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...)	Aucune
Propriétés atomiques
Masse atomique (La masse atomique (ou masse molaire atomique) d'un isotope d'un élément chimique est la masse...)	1,00794 u
Rayon atomique (Le rayon atomique d'un élément chimique est une mesure de la taille de ses atomes,...) (calc)	25 (53) pm
Rayon de covalence (En chimie, le rayon de covalence correspond à la moitié de la distance entre deux noyaux...)	37 pm
Rayon de van der Waals	120 pm
Configuration électronique (En physique des particules comme en chimie quantique, la configuration électronique est la...)	1s1
Électrons par niveau d'énergie	1
État(s) d'oxydation	1
Oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins...)	amphotère
Structure cristalline (La structure cristalline (ou structure d'un cristal) est complètement décrite par les...)	Hexagonale
Propriétés physiques
État ordinaire	Gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...)
Température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...)	14,025 K
Température de vaporisation	20,268 K
Énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de fusion	0,058 68 kJ/mol
Énergie de vaporisation	0,449 36 kJ/mol
Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) molaire	11,42x10-3 m3/mol
Pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) de la vapeur ()	—
Vélocité (VéloCité est un service de prêt gratuit mis en place par la ville d'Angers qui fournit aux...) du son	1 270 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)	2,2
Chaleur massique (La chaleur massique (symbole c ou s), qu'il convient d'appeler capacité thermique massique[1] est...)	14 304 J/(kg·K)
Conductivité électrique (La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau à laisser les charges électriques se...)	— S/m
Conductivité thermique (La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des...)	0,181 5 W/(m·K)
1er potentiel d'ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une...)	1 312 kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN période MD Ed MeV PD 1H 99,985 % stable avec 0 neutrons 2H 0,015 % stable avec 1 neutrons 3H syn 12,33 ans β- 0,019 3He 4H syn ? n 2,980 3H
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) et hormis les composés avec d'autres atomes, la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) d'hydrogène se présente le plus souvent sous la forme d'un corps simple gazeux : le dihydrogène (Le dihydrogène est la forme moléculaire de l'élément hydrogène, qui existe...) (H₂), souvent appelé simplement " hydrogène ". L'hydrogène est présent dans de nombreuses molécules : eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), sucre (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce...), protéines, hydrocarbures.

Il est également le principal constituant du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) et de la plupart des étoiles, dont l'énergie provient de réactions de fusion thermonucléaire de l'hydrogène.

Étonnamment, l'hydrogène est un métal : lorsqu'il est sous forme solide (très hautes pressions et très basses températures), il cristallise avec une liaison métallique (La liaison métallique est un type de liaison chimique, la liaison qui permet la cohésion des...) (voir hydrogène métallique). Dans le tableau périodique des éléments (Le tableau périodique des éléments, également appelé table de...), il est d'ailleurs dans la colonne des métaux alcalins. N'étant pas présent à l'état solide sur Terre, il n'est toutefois pas considéré comme un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) en chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...). De façon simpliste sa nature métallique est due à son électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) périphérique sur son unique et dernière couche saturée à deux électrons.

Caractéristiques principales

L'hydrogène est l'élément chimique le plus simple ; son isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique...) le plus commun est constitué seulement d'un proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...) et d'un électron. La masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) de l'électron étant négligeable devant celles des protons et des neutrons, ce sont ces derniers qui déterminent la masse des atomes (donc leur poids). L'hydrogène est ainsi le plus léger atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) existant.

Sur Terre et hormis les composés avec d'autres atomes, il se présente le plus souvent sous la forme d'un gaz : le dihydrogène. 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 (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) pour se combiner. Toujours dans l'espace, les nuages de H₂ sont à la base du processus de la formation des étoiles (compression des gaz).

Cet élément joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle vital dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) par l'intermédiaire des réactions proton-proton et du cycle de Bethe (cycle catalytique CNO : carbone-azote-oxygène), qui sont deux voies de réactions de fusion thermonucléaire qui créent d'énormes quantités d'énergie en combinant quatre atomes d'hydrogène pour former un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...).

Applications

Des larges quantités d'hydrogène sont nécessaires dans l'industrie, notamment dans les procédé Haber-Bosch de production de l'ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des...), l'hydrogénation (L'hydrogénation est une réaction chimique qui consiste en l'addition d'une molécule...) des graisses et des huiles et la production de méthanol (Le méthanol, également connu sous le nom d’alcool méthylique, de carbinol,...). D'autres utilisations de l'hydrogène sont :

• la fabrication de l'acide chlorhydrique (L'acide chlorhydrique est une solution aqueuse ayant pour solutés des ions oxonium H3O+ et des...), le soudage (Le soudage (Voir article sur la théorie du soudage) est un moyen d'assemblage permanent. Il a...), les carburants pour fusées et la réduction de minerais métalliques ;
• l'hydrogène liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) (LH2) est utilisé pour les recherches à très basses températures, y compris l'étude de la supraconductivité ;
• l'hydrogène était utilisé dans les ballons car il est quatorze fois plus léger que l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...).
• le deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Son noyau atomique...) (²H) est utilisé dans les applications nucléaires comme modérateur pour ralentir les neutrons. Les composés du deutérium sont aussi utilisés en chimie et en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) pour étudier ou utiliser l'effet isotopique ;
• le tritium (Le tritium (T ou 3H) est - comme le deutérium - l'un des isotopes de l'hydrogène. Il...) (³H), un autre isotope, est produit dans les réacteurs nucléaires et est utilisé pour la construction de bombes atomiques. Il est également utilisé comme un marqueur isotopique dans les biosciences et comme source de radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se...) dans les peintures luminescentes.

L'hydrogène comme vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet...) d'énergie

L'hydrogène est régulièrement cité (La cité (latin civitas) est un mot désignant, dans l’Antiquité avant la...) comme source d'énergie d'avenir. Il s'agit là non de l'élément hydrogène mais du dihydrogène, qui est un combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...) " propre " dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) où sa combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) ne génère que de la vapeur d'eau, mais qui n'est pas présent dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) sauf à l'état de traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de...) (il faut donc prendre en compte la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...) générée par la fabrication du dihydrogène). Il ne s'agit donc pas d'une source d'énergie primaire (Une source d’énergie primaire est une forme d’énergie disponible dans la nature avant...), ou fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement...), mais d'un moyen de stockage de l'énergie, comme une batterie. L'hydrogène suscite beaucoup d'espoirs car il apporterait une réponse à deux des principaux défis énergétiques du XXI^e siècle :

• l'épuisement progressif des sources d'énergie non renouvelables ;
• l'émission de gaz à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie...) par les sources d'énergie utilisées actuellement, la combustion de l'hydrogène ne dégageant que de l'eau.

Claude Mandil, directeur exécutif de l'Agence internationale de l'énergie, estime ainsi que l'hydrogène devra " jouer un rôle crucial " dans l'économie mondiale^[1]. De nombreuses expériences ont été menées dans le domaine des véhicules propres. Chrysler-BMW possède une flotte de voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) (moteurs thermiques) roulant à l'hydrogène H₂, sans pile à combustible (Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait...), avec réservoir cryogénique. Plusieurs pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) européens subventionnent des programmes d'utilisation d'hydrogène dans les transports en commun.

Toutefois la production, le stockage et le transport (Le transport, du latin trans, au-delà, et portare, porter, est le fait de porter quelque chose, ou...) de l'hydrogène posent encore de nombreux problèmes technologiques, de sorte que son utilisation de masse n'est pas possible actuellement :

• coût des piles à combustible : elles sont dotées de mousse de platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.), très onéreuse. D'autre part, la sécurité de ces piles sur une longue durée n'est pas assurée ;
• production : par combustion d'énergies fossiles, on retombe alors dans les problèmes évoqués précédemment. Mais on peut alors le produire à bord de véhicules. Par hydrolyse de l'eau, c'est alors moins efficace d'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) énergétique, et ne peut être fait qu'à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...). Se pose dans ce cas les problèmes de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) et de stockage ;
• stockage : très peu dense, l'hydrogène doit être comprimé à des pressions très importantes pour être transportable dans un volume raisonnable. Outre les problèmes de sécurité qu'elle comporte, cette compression demande beaucoup d'énergie. Or la production de cette énergie, si elle est réalisée avec les moyens traditionnels, en particulier le charbon, risque d'émettre des gaz à effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production...) et d'annuler les avantages environnementaux apportés par l'utilisation de l'hydrogène ;
• transport : il faudrait mettre en place des infrastructures gigantesques pour produire et transporter l'hydrogène à travers le territoire (La notion de territoire a pris une importance croissante en géographie et notamment en...). Il s'agit d'un effort comparable au développement des filières de distribution du pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...), qui a demandé plusieurs dizaines d'années. Le coût du déploiement d'un système complet de distribution pourrait demander de 10 à 15 milliards de dollars pour les seuls États-Unis^[2].

De nouveaux procédés apportent certaines réponses à ces enjeux. La technique de captation et de séquestration du charbon permettrait d'éviter l'émission de gaz à effet de serre lors de la production d'hydrogène, mais à un coût important : si la fabrication d'hydrogène (transport non compris) est évaluée à 120 USD le baril en utilisant du gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent...), il faut compter le double si on choisit le charbon et une technique de captation/séquestration^[3]. Une autre solution serait d'utiliser les réacteurs nucléaires spécifiques de génération IV, à très haute température grâce à l'utilisation d'hélium comme fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) caloporteur, capables de produire de l'hydrogène à bas coût à partir de l'eau. Ces réacteurs ne seront disponibles qu'à partir de 2030 ou 2040.

L'utilisation d'hydrogène constitue donc un espoir considérable mais ne sera pas rentable avant plusieurs dizaines d'années.

Histoire

L'hydrogène fut reconnu comme une substance distincte en 1766 par Henry Cavendish, en Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni....). Antoine Lavoisier (Antoine Lavoisier, né Antoine Laurent de Lavoisier le 26 août 1743 à Paris et...) lui donna son nom hydrogène qui vient du grec ?δωρ (hudôr), " eau " et γενν?ν (gennen), " engendrer ".

La catastrophe (Une catastrophe est un événement brutal, d'origine naturelle ou humaine, ayant généralement la...) du Hindenburg a sonné le glas de son utilisation en aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de...).

Sources d'hydrogène

Occurrence

L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'Univers : 75 % en masse et 90 % en nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'atomes. Cet élément se trouve en grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) dans les étoiles et les planètes gazeuses. Relativement à son abondance dans l'univers, l'hydrogène est très rare dans l'atmosphère terrestre : environ 1 ppm en volume.

Sur Terre, la source la plus commune d'hydrogène est l'eau dont les molécules sont composées de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène ; mais la plupart des matières organiques, comme celle qui constitue les êtres vivants, le pétrole et le gaz naturel, sont des sources d'hydrogène. Le méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...) (CH₄), qui est un produit de la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...) des matières organiques, est de plus en plus utilisé comme source d'hydrogène.

Production

L'hydrogène peut être produit de plusieurs façons : l'action de la vapeur sur du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) à haute température, le craquage (Le craquage (cracking en anglais) est, en chimie, et plus particulièrement celle du...) des hydrocarbures par la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...), le craquage de la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces...) par la chaleur, l'action de la soude ou de la potasse sur l'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....), l'électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de...) de l'eau. Certains micro-organismes (micro-algues, cyanobactéries et bactéries) sont également capables de produire de l'hydrogène, à partir d'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de...) ou de biomasse, solution économique qui de plus résoudrait le problème du traitement des déchets organiques.

L'hydrogène brut disponible dans le commerce est généralement fabriqué par décomposition du gaz naturel.

Pour plus de détails, voir l'article sur le dihydrogène.

Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) et chimie de l'hydrogène

Composés

L'hydrogène se combine avec la plupart des autres éléments car il possède une électronégativité moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) (2,2) et peut ainsi former des composés avec des éléments métalliques ou non-métalliques. Les composés qu'il forme avec les métaux sont appelés hydrures dans lesquels il se trouve sous forme d'ions H⁻ qui parfois n'existent qu'en solution. Dans les composés avec les non-métalliques, l'hydrogène forme des liaisons covalentes, car l'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais,...) H⁺, qui n'est rien d'autre qu'un simple proton, a une trop forte tendance à s'associer avec les électrons. Dans les acides en solution aqueuse, il se forme des ions H₃O⁺, association du proton et d'une molécule d'eau.

L'hydrogène se combine avec l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) pour former de l'eau (H₂O), c'est un processus de combustion très énergétique qui est très explosif (Un explosif est un composé chimique défini ou un mélange de corps susceptibles lors...) dans l'air. L'oxyde de deutérium (D₂O) est communément appelé eau lourde (L'eau lourde est de l’oxyde de deutérium (formule : D2O ou ²H2O)....). L'hydrogène forme une grande variété de composés avec le carbone ; à cause de leur relation avec les molécules biologiques, ces composés sont appelés composés organiques et la branche de la chimie qui les concerne est la chimie organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant l'étude scientifique de...).

Formes

Sous conditions normales, le gaz hydrogène est un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) de type de molécules qui diffèrent l'une de l'autre par le spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) de leur électron et noyaux atomiques. Ces deux formes sont appelées ortho- et para-hydrogène et la forme para n'existe pas à l'état pur. Dans les conditions normales de température et de pression, l'hydrogène est composé à 75 % de la forme ortho et à 25 % de la forme para. Ces deux formes ont des niveaux énergétiques légèrement différents et donc des propriétés physico-chimiques légèrement différentes. Par exemple, le point de fusion (Le point de fusion' ou la température de fusion d'un corps représente la température...) et le point d'ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps...) du para-hydrogène sont environ 0,1 K plus bas que ceux de l'ortho-.

Isotopes

L'isotope le plus commun de l'hydrogène (H₂), le protium (¹H), est simplement constitué d'un proton et ne possède donc pas de neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.). C'est un isotope stable (Un isotope stable d'un élément chimique est un isotope qui n'a pas de radioactivité...). Le deutérium (²H ou D) possède un proton et un neutron. C'est aussi un isotope stable qui compose entre 0,0184 et 0,0082 % de l'hydrogène naturel. Le tritium (³H ou T) possède un proton et deux neutrons ; c'est un isotope radioactif (instable), qui se transforme en ³He par émission d'un électron (radioactivité β⁻). ²H et ³H peuvent participer à des réactions de fusion nucléaire (La fusion nucléaire (dite parfois thermonucléaire) est, avec la fission, l’un des...).

L'hydrogène est le seul élément dont les isotopes ont reçu un nom spécifique. en effet, la différence de masse entre les isotopes est significative (du simple au double ou au triple). Par suite, et contrairement à ce qui est dit pour les isotopes en général dans les cours introductifs de chimie, ceci peut influencer les propriétés chimiques du deutérium ou du tritium par rapport au protium (effet isotopique).

Danger, risque et Précautions

Le dihydrogène est un gaz classé " extrêmement inflammable " (l'histoire de son utilisation dans les ballons dirigeables est parsemée d'accidents graves qui ont justifié son remplacement par l'hélium beaucoup plus couteux et moins léger). Il est caractérisé par un domaine d’inflammabilité très large (de 4 à 75 % du volume dans l’air), provoquant une déflagration (Une déflagration est l'ensemble des phénomènes consécutifs au passage rapide...) à partir d’un apport d’énergie d’inflammation très faible (une étincelle suffit si elle apporte une énergie de 0,02 millijoule (mJ) alors qu’il faut 0,29 mJ pour déclencher une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un...) du méthane).

Il réagit aussi violemment avec le chlore (Le chlore est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole Cl, et de...) pour former de l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) chlorhydrique (HCl) et avec le fluor (Le fluor est un élément chimique de symbole F et de numéro atomique 9. Il s'agit du...) pour former de l'acide fluorhydrique (L'acide fluorhydrique est une solution aqueuse très corrosive et toxique de fluorure...) (HF).

L'eau lourde (D₂O) est toxique pour de nombreuses espèces. En effet en raison de la grande différence de masse entre les isotopes la cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) des réactions en solution aqueuse " lourde " est considérablement ralentie (effet isotopique) ; mais la quantité nécessaire pour tuer un être humain est substantielle. L'hydrogène mélangé à de l'oxygène dans les proportions stœchiométriques est un explosif puissant. Le dihydrogène dans l'air est un mélange détonnant lorsque le rapport volumique H₂ / air est compris entre 13 et 65 %.

L’Industrie stocke le dihydrogène à l’extérieur des bâtiments, ce qui ne sera pas possible pour une utilisation embarquée (véhicules, navires). Les normes de sécurité sont renforcées pour répondre aux risques posés par le passage dans les tunnels et le stationnement (Le stationnement tout comme l’arrêt d’un véhicule consiste en une immobilisation de...) dans les garages ou parkings souterrains.

La réglementation mondiale sur les véhicules s’élabore sous l’égide de l'ONU à partir des propositions des industriels, mais concernant le dihydrogène, les constructeurs japonais, américains et européens ne s’accordent pas. La Commission européenne pourrait décider d’une réglementation communautaire provisoire.

En France, l’Ineris et le CEA travaillent avec l’Organisation internationale de normalisation (ISO) dans un comité technique nommé TC 197 sur le risque dihydrogène. Un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) européen Hysafe traite aussi de la question, où l’Ineris a critiqué le projet de règlement en suggérant une approche plus globale et systémique (La systémique - du grec « systema », « ensemble...) et non par composant pour l’homologation des véhicules hybrides.

Mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...)

L'atome d'hydrogène étant l'atome le plus simple, c'est le premier qui a été étudié dans le cadre de la physique quantique (La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques...).

La chimie de l'hydrogène

Les liaisons que l'atome d'hydrogène peut établir peuvent être de trois sortes :

• la perte d'un électron. L'hydrogène devient alors H⁺ (un proton seul). Son rayon est alors très petit : environ 1,5×10⁻¹³ cm contre 0,5×10⁻⁸ cm pour l'atome. Le proton tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) seul n'existe pas libre mais il est toujours dans le nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en...) électronique d'une molécule (telle H₂O) ; devenant l'ion hydronium (acide) : H₂OH⁺.
• acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un...) d'un électron. L'hydrogène devient alors H⁻ (un hydrure). L'ion lui-même n'existe en tant que tel que dans des sels d'hydrures ;
• formation d'une liaison covalente (En chimie, une liaison covalente est une liaison chimique dans laquelle chacun des atomes liés...). L'hydrogène fait une liaison covalente donc une mise en commun d'une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts...) d'électrons avec d'autres atomes comme dans H₂O ou CH₄.

La liaison hydrogène

Il s'agit d'une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre...) 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). Par exemple : NH–O=C, ou dans l'eau H₂O–H-O-H.

Cette liaison joue un rôle important en chimie organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...) mais aussi en chimie inorganique, entre les alcools et les métaux alkoxides. Nous distinguons en général trois types :

• faibles avec des enthalpies entre 10 - 50 kJ·mol⁻¹ ;
• fortes avec des enthalpies entre 50 - 100 kJ·mol⁻¹ ;
• très fortes avec des enthalpie (L'enthalpie (du préfixe en- et du grec thalpein: chauffer) est une fonction d'état de la...) > 100 kJ·mol⁻¹.

Un exemple de liaison très forte est FH–F⁻¹ dans KHF₂ avec environ 212 kJ·mol⁻¹. On peut penser que dans ce cas il vaut mieux écrire F–H–F. La distance totale entre F–H–F est de 2,49 Å seulement et il se forme un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) de 120° entre les différentes molécules.

Il existe des liaisons hydrogènes à centres multiples. En général il s'agit de systèmes à trois centres et rarement à quatre. Soit un H est lié à deux autres molécules soit deux hydrogènes sont liés à une autre molécule.

Ouvrages

• La Révolution de l'hydrogène. Vers une énergie propre et performante ?, Stephen Boucher, préface de Thierry Alleau, Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...), Ed. du Felin, 2006, 160 pages, ISBN 2-86645-616-5.