Les meilleurs professeurs de Physique - Chimie disponibles
Chris
5
5 (483 avis)
Chris
96€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Houssem
5
5 (174 avis)
Houssem
50€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Greg
5
5 (334 avis)
Greg
140€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Moujib
5
5 (113 avis)
Moujib
100€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Antoine
4,9
4,9 (137 avis)
Antoine
60€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Sébastien
5
5 (94 avis)
Sébastien
75€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Pierre-thomas
5
5 (75 avis)
Pierre-thomas
80€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Ahmed
4,9
4,9 (102 avis)
Ahmed
40€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Chris
5
5 (483 avis)
Chris
96€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Houssem
5
5 (174 avis)
Houssem
50€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Greg
5
5 (334 avis)
Greg
140€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Moujib
5
5 (113 avis)
Moujib
100€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Antoine
4,9
4,9 (137 avis)
Antoine
60€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Sébastien
5
5 (94 avis)
Sébastien
75€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Pierre-thomas
5
5 (75 avis)
Pierre-thomas
80€
/h
Gift icon
1er cours offert !
Ahmed
4,9
4,9 (102 avis)
Ahmed
40€
/h
Gift icon
1er cours offert !
C'est parti

Présentation

L'hydrogène est un élément chimique qui porte le numéro 1 dans la classification périodique des éléments.

Qui est l'inventeur du tableau périodique des éléments ?
Voici l'emplacement de l'hydrogène dans le tableau périodique des éléments !
Informations générales
SymboleH
Numéro atomique1
FamilleNon-métal
Groupe1
Période1
Blocs
Masse volumique0,08988 g.L-1
Propriétés atomiques
Masse atomique1,00794 u
Rayon atomique25 pm
Configuration électronique1s1
Électrons par niveau d'énergie1
OxydeAmphotère
Système cristallinHexagonal

Définitions

  • Numéro atomique : Le numéro atomique d'un atome représente le nombre de protons de ce dernier
  • Famille : L'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
  • Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
  • Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
  • Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
  • Dureté :  La dureté d'un matériau représente la résistance qu'il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
  • Point d'ébullition :  Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique bout, passant ainsi de l'état liquide à l'état gazeux

Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C'est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l'évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.

L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science. L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.

Un peu d'histoire

Étymologie

Le mot hydrogène est formé du préfixe -hydro, provenant du grec ancien ὕδωρ signifiant eau, et du suffixe -gène, provenant du grec ancien γεννάν signifiant qui génère, qui forme, qui engendre. Ce fut le chimiste français Antoine Lavoisier qui proposa ce nom en 1783 dans le livre Méthode de nomenclature chimique coécrit avec de Guyton de Morveau, Berthollet et de Fourcroy. En effet, grâce à une hydrolyse de l'eau, on a découvert que l'hydrogène et l'oxygène étaient des composant de l'eau, d'où le sens étymologique de "formeur d'eau".

Comment la nomenclature chimique a-t-elle été décidée ?
Voici un extrait du livre écrit par Lavoisier

Premières découvertes

En 1671 le chimiste irlandais Robert Boyle étudie les effets de l'acide sulfurique dilué sur le fer et observe qu'il y a production d'un gaz inflammable qu'il n'identifie pas comme un nouveau composé mais qui correspond en réalité à du dihyrogène. Robert Boyle n'est pas le seul à passer à coté d'une découverte, d'autres scientifiques du XVIIème siècle font les mêmes observations sans aller plus loin et ce n'est qu'en 1766 que Henry Cavendish analyse ce gaz. Il montre qu'il peut être obtenu par réaction entre divers acides et des métaux tels que le fer, le zinc ou l'étain et met en évidence des caractéristiques qui le distingue des gaz connus: il est moins dense que l'air et peut brûler de manière explosive. Cette dernière caractéristique lui vaut le nom d'air inflammable mais par ailleurs cette combustion produit de l'eau ce qui pousse, en 1783, le chimiste français Antoine Laurent de Lavoisier à proposer le nom d'hydrogène (en grec "formeur d'eau"). En 1800 Les chimistes anglais William Nicholson et Anthony Carlisle montrent qu'il peut être obtenu par électrolyse de l'eau. En 1878 l'analyse du spectre de la lumière solaire permet de le détecter dans l'atmosphère de notre étoile. Deux nouveaux isotope de l'hydrogène sont découvert par la suite, le deutérium (en 1932) et le tritium (en 1934).

Présence à l'état naturel

L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'Univers. En effet, il représente 92% en nombre d'atomes, 75% en masse. Il est majoritairement présent dans les étoiles et les planètes externes gazeuses à cœur solide. Il est également le principal composant des nébuleuses et du gaz interstellaire. Cependant, il ne représente dans la croûte terrestre que 0,22% des atomes. Il est donc loin derrière l'oxygène, qui représente 47% des atomes, et le silicium qui représente 27% des atomes. Il est également rare dans l'atmosphère terrestre. En effet, il ne représente, en volume, que 0,55 ppm des gaz atmosphériques. La source la plus commune d'hydrogène sur Terre est l'eau dont la molécule est composée de deux atomes d'hydrogène pour un atome d'oxygène. L'hydrogène est également et surtout le principal constituant, en nombre d'atome, de toute la matière vivante. Il est associé avec le carbone dans tout les composés organiques. Par exemple, l'hydrogène représente 63% des atomes et 10% de la masse du corps humain. L'hydrogène, soumis à de très faibles pression quand dans l'espace, a tendance à exister sous la forme d'atomes individuels puisqu'il n'entre pas en collision avec d'autres atomes pour se combiner. On peut alors trouver des nuages d'hydrogène qui sont à la base du processus de la formation des étoiles. D'après la théorie du Big Bang, il s'est formé peu après la naissance de notre univers alors que les éléments plus lourds ne sont apparus que bien plus tard sous l'effet des réactions de fusion nucléaire se réalisant dans le cœur des premières étoiles et au sein des supernovas. Notre Soleil en est par exemple composé à 74% (en masse).

Qu'est-ce qu'une nébuleuse ?
La tête dans les étoiles et l'esprit perdu dans l'immensité de l'espace ?

Propriétés physiques et chimiques de l'hydrogène

Corps simple de l'hydrogène

L'hydrogène est le premier élément de la classification périodique. Son noyau n'a qu'un seul proton et son isotope principal est même dénué de neutron (un cas unique) ce qui fait de l'atome d'hydrogène le plus simple, le plus petit et le plus léger des atomes. Il occupe aussi un statut un peu particulier dans la classification périodique : sa place dans la première colonne aurait pu lui valoir d'appartenir à la famille des alcalins tandis que l'électron lui manquant pour compléter sa couche externe aurait pu le rattacher à la famille des halogènes. Cependant ses propriétés le distingue si nettement de ces deux familles qu'il a par défaut été classe comme "non métal". A température ambiante et pression atmosphérique, l'hydrogène est présent sous la forme d'un gaz incolore, inodore, peu dense qui brûle de manière explosive au contact de l'air en produisant de l'eau. Il peut être produit par réaction entre un acide et un métal ou par électrolyse de l'eau. L'hydrogène sous forme de corps simple, sauf à des pression extrêmement basses comme dans l'espace intergalactique ou extrêmement hautes comme dans les parties centrale de Jupiter et Saturne, est formé de molécules de dihydrogène de formule H2. On dit, lorsque l'hydrogène est soumis à des pressions extrêmement hautes, qu'il est dans un état dit "sombre", un état intermédiaire entre le gaz et le métal. Dans cet état, il ne reflète et ne transmet pas la lumière mais il devient également très faiblement conducteur d'électricité. On peut alors l'apparenter aux métaux alcalins qui suivent, dans le groupe 1 du tableau périodique des éléments de Mendeleïev. Tandis qu'aux pressions les plus basses, l'hydrogène est présent sous la forme d'un gaz monoatomique.

Hydrogène gazeux

Dans des conditions normales de pression et de température, c'est à dire les conditions qui intéressent la chimie et les sciences de la Terre, l'hydrogène est présent sous la forme d'un gaz moléculaire de dihydrogène, de formule H2. En effet, le dihydrogène est capable de former dans les galaxie des nuages moléculaires à l'origine de la formation des étoiles. Comme dit précédemment, à basse pression et à haute température, l'hydrogène est présent sous la forme de gaz monoatomique, de formule H. C'est dans cette forme que nous pouvons le trouver dans l'espace, en tant que gaz interstellaire ou intergalactique. C'est à cause de l'immensité de l'espace, et ce malgré la faible densité du gaz, que l'hydrogène monoatomique constitue environ 75% de la masse baryonique de l'Univers.

La masse baryonique est un terme désignant toute la matière composée de particules élémentaires appelées baryons. Cela correspond alors aux protons et neutrons auxquels on lie des électrons, appelés leptons, qui composent les atomes, les molécules et toutes les structures visibles dans l'Univers observable.

Hydrogène solide

Il est possible d'obtenir de l'hydrogène solide en abaissant la température en dessous du point de fusion du dihydrogène, c'est à dire à 14,01 K, soit -259,14°C. Cet état fut obtenu pour la première fois en 1899 par James Dewar.

Hydrogène métallique

Lorsqu'il est soumis à de très fortes pressions et à de très basses température, l'hydrogène atteint une phase dite métallique. Certains estiment qu'il existe un intervalle de pressions sous lesquelles, même soumis à de très basse températures, l'hydrogène métallique est liquide.

Les isotopes de l'hydrogène

En perdant son unique électron, l'hydrogène donnera une ion H+ fréquemment nommé proton, c'est l'isotope le plus abondant. Le proton ne peut exister en solution à l'état libre, il est toujours lié au nuage électronique d'une molécule tandis qu'en solution aqueuse il est solvaté par les molécules d'eau. Il forme ainsi l'ion hydronium H3O+, on l'appelle aussi oxonium ou hydroxonium. L'atome d'hydrogène peut également obtenir un second électron pour obtenir l'ion hydrure de formule H-. Il possède alors le même cortège électronique stable que l'atome d'hélium. De plus, l'hydrogène est le seul élément dont les différents isotopes possèdent des noms distincts et même parfois un symbole propre. L'isotope majoritaire est le protium, baptisé ainsi car il ne comporte qu'un proton dans son noyau et les autres principaux isotopes sont le deutérium (symbole D) et le tritium (symbole T). Il existe d'autres isotopes (le tetranium A=4, le pentium A = 5, l'hexium A = 6 et le septium A = 7 ) mais ces dernier sont radioactifs et hautement instables avec des périodes radioactives toutes nettement inférieures à une seconde.

Les ions de l'hydrogène

En solution aqueuse l'hydrogène forme le cation de formule H+ constitué d'un seul et unique proton. Cet ion appelé ion hydronium, ion hydroxonium ou oxonium (ces termes sont synonymes) s'associe à une molécule d'eau pour former l'ion H3O+. Il s'agit de l'ion responsable de l'acidité, cette dernière augmente et le pH diminue lorsque la concentration en ion H3O+ augmente. Par ailleurs ces ions sont présents même dans l'eau pure car celle-ci est le siège d'un phénomène appelé autoprotolyse de l'eau qui conduit les molécules d'eau à former des cations hydrogène et des ions hydroxyde suivant l'équilibre : [2 H_{2}Orightleftarrows H_{3}O^{+}+OH^{-}]

Production

Pour obtenir de l'hydrogène de façon la plus économique qu'il soit, on utilise de reformage d'hydrocarbures. Même si en pratique, la méthode la plus utilisée est le vaporeformage du gaz naturel essentiellement composé de méthane. A une vapeur comprise entre 700 et 1 100°C, la vapeur d'eau réagit avec le méthane pour donner du monoxyde de carbone et de l'hydrogène. Le mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone, est communément appelé gaz de synthèse. La purification de l'hydrogène est plus facile sous forte pression. C'est pour cela que le reformage est réalisé sous une pression de vingt atmosphères. Pour augmenter la production d'hydrogène, il faut que la réaction se déroule en présence d'un excès de vapeur d'eau. En effet, le monoxyde de carbone sera oxydé à un niveau d'oxydation supérieure ce qui va donc conduire à l'obtention de dioxyde de carbone.

Utilisations

L'hydrogène est principalement utilisé pour la production d'ammoniac et de nombreux autres composés organiques.  

Qu'est-ce qu'une bombe H ?
La bombe hydrogène est une arme avec un immense potentiel destructeur
Il a également été très largement utilisé comme gaz pour gonfler les dirigeables. Mais cela changea suite à l'accident du Hindenburg en 1937 puisqu'il sera remplacé par l'hélium. L'hydrogène est également utilisé pour la production de bombes à hydrogène, également appelées bombes H, dans lesquels l'hydrogène fusionne pour donner de l'hélium.

Vous avez aimé cet article ? Notez-le !

Aucune information ? Sérieusement ?Ok, nous tacherons de faire mieux pour le prochainLa moyenne, ouf ! Pas mieux ?Merci. Posez vos questions dans les commentaires.Un plaisir de vous aider ! :) 4,00 (30 note(s))
Loading...

Joy

Freelancer et étudiante en Sciences de la Vie et de la Terre, je suis un peu une grande sœur qui épaule et aide les autres pour observer et comprendre le monde qui nous entoure et ses curieux secrets !