Hydrogène - Définition et Explications

L'atome d'hydrogène

L'hydrogène est l'élément chimique le plus simple ; son isotope le plus commun est constitué seulement d'un proton et d'un électron. L'hydrogène est ainsi le plus léger atome existant. Comme il ne possède qu'un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...), il ne peut former qu'une liaison covalente : c'est un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) univalent.

Cependant, l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) solide peut être métallique lorsqu'il est sous très haute pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...). Il cristallise alors 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 dans cet état sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), 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...).

Fusion nucléaire de l'hydrogène

L'hydrogène présent en grandes quantités dans le cœur des étoiles est une source d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) via les réactions de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :), qui combinent 4 noyaux d'atomes d'hydrogène (4 protons) pour former un noyau d'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...). Les deux voies de cette fusion nucléaire naturelle sont la chaîne proton-proton (La chaîne proton-proton, aussi connue sous le nom de chaîne PP est l'une des deux réactions de...), de Eddington, et le cycle carbone-azote-oxygène (Le cycle carbone-azote-oxygène (cycle CNO en anglais) est l'une des deux réactions de fusion...) catalytique, de Bethe et von Weizsäcker.

La fusion nucléaire réalisée dans les bombes à hydrogène ou bombes H, sont des réactions concernant des isotopes intermédiaires de la fusion (de l'hydrogène en hélium) en cours dans les étoiles : isotopes lourds de l'hydrogène, hélium 3, lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.)...
En effet, dans une bombe H (La bombe H (aussi appelée bombe à hydrogène, bombe à fusion ou bombe...) les réactions nucléaires ne durent que quelques dizaines de nanosecondes, ce qui ne permet que des réactions en une étape unique. Or, la transformation de l'hydrogène en hélium se fait en plusieurs étapes, dont la première, la réaction d'un proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...), est extrêmement lente (La Lente est une rivière de la Toscane.).

Abondance

L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'Univers : 75 % en masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) et 92 % en nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'atomes. Il est présent en grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) dans les étoiles, les planètes gazeuses, il est aussi le composant principal des nébuleuses et du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) interstellaire.

Dans la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre....), l'hydrogène ne représente que 0,22 % des atomes, loin derrière l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) (47 %) et le silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...) (27 %). Il est rare également dans l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose...), puisque le dihydrogène (Le dihydrogène est la forme moléculaire de l'élément hydrogène, qui existe...) ne représente en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) que 0,55 ppm des gaz atmosphériques. Sur Terre, la source la plus commune d'hydrogène est l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) dont la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) est constituée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène ; l'hydrogène est surtout le principal constituant (en nombre d'atomes) de toute matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) vivante, puisqu'il est présent, associé au carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) dans tous les composés organiques. Par exemple, l'hydrogène représente 63 % des atomes du corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.).

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. Les nuages de dihydrogène sont à la base du processus de la formation des étoiles.

L'hydrogène métallique

L'hydrogène métallique est une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) 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 (On dit de la matière qu'elle est dégénérée lorsque sa densité est suffisamment élevée pour...). D'aucuns estiment qu'il y a un intervalle de pressions (autour de 400 GPa) tel que l'hydrogène métallique est liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...), même à de très basses températures.

L'hydrogène solide

L'hydrogène solide est l'état solide de l'hydrogène, obtenu en diminuant la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) en dessous du point de fusion (Le point de fusion' ou la température de fusion d'un corps représente la température...) de l'hydrogène, situé à 14,01 K (-259,14 °C). L'état solide fut obtenu pour la première fois en 1899 par James Dewar. Ce dernier publia ses travaux sous le titre "Sur la solidification (La solidification est l'opération au cours de laquelle un liquide passe à l'état solide. Cela...) de l'hydrogène" dans les Annales de chimie et de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...), 7e série, volume 18, Octobre 1899.

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