En savoir plus sur l'hydrogène

L'hydrogène est l'élément chimique le plus léger de l'univers et est capable de se lier à d'autres atomes d'hydrogène, formant un gaz qui a plusieurs utilisations

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L'hydrogène est l'élément chimique ayant la masse atomique la plus faible (1 u) et le numéro atomique le plus bas (Z = 1) parmi tous les éléments connus à ce jour. Bien qu'il soit positionné dans la première période de la famille IA (métaux alcalins) du tableau périodique, l'hydrogène ne présente pas de caractéristiques physiques et chimiques similaires aux éléments de cette famille et n'en fait donc pas partie. De manière générale, l'hydrogène est l'élément le plus abondant de tout l'univers et le quatrième élément le plus abondant sur la planète Terre.

L'hydrogène a des caractéristiques uniques, c'est-à-dire qu'il ne ressemble à aucun autre élément chimique connu des humains. L'hydrogène participe couramment à la composition de plusieurs types de substances organiques et inorganiques, comme le méthane et l'eau. Lorsqu'il ne fait pas partie de substances chimiques, il se trouve exclusivement sous forme gazeuse, dont la formule est H2.

À l'état naturel et dans des conditions normales, l'hydrogène est un gaz incolore, inodore et insipide. C'est une molécule avec une grande capacité à stocker de l'énergie et pour cette raison son utilisation comme source renouvelable d'énergie électrique et thermique a fait l'objet de nombreuses recherches.

Découverte de l'hydrogène

Au milieu du XVIe siècle, Pareselsvs décide de mettre certains métaux en réaction avec des acides et finit par obtenir de l'hydrogène. Bien que précédemment testé, Henry Cavendish a réussi à séparer l'hydrogène des gaz inflammables et l'a considéré comme un élément chimique en 1766.

Ne pas être un métal, encore moins un amétal, fait sa particularité dans le tableau périodique. En 1773, Antoine Lavoisier a donné au composant chimique le nom d'hydrogène, qui dérive du grec hydro et des gènes , et signifie générateur d'eau.

L'hydrogène dans la nature

• L'hydrogène fait partie de la composition chimique de plusieurs substances organiques (protéines, glucides, vitamines et lipides) et inorganiques (acides, bases, sels et hydrures);
• Dans l'air atmosphérique, il est présent sous forme gazeuse, représentée par la forme moléculaire H2, qui se forme par la liaison covalente entre deux atomes d'hydrogène;
• L'hydrogène constitue également des molécules d'eau, une ressource importante pour la vie.

Sources d'hydrogène

Sur Terre, l'hydrogène ne se trouve pas sous sa forme la plus pure, mais sous forme combinée (hydrocarbures et dérivés). Pour cette raison, l'hydrogène doit être extrait de plusieurs sources. Les principales sources d'hydrogène sont:

1. Gaz naturel;
2. Éthanol;
3. Méthanol;
4. Eau;
5. La biomasse;
6. Méthane;
7. Algues et bactéries;
8. Essence et diesel.

Caractéristiques de l'hydrogène atomique

• Il a trois isotopes (atomes de même numéro atomique et de nombres de masse différents), à savoir le protium (1H1), le deutérium (1H2) et le tritium (1H3);
• Il ne présente qu'un niveau électronique;
• Il a un seul proton dans son noyau;
• Il n'a qu'un seul électron dans son niveau électronique;
• Le nombre de neutrons dépend de l'isotope - propium (0 neutrons), deutérium (1 neutron) et tritium (2 neutrons);
• Il possède l'un des plus petits rayons atomiques du tableau périodique;
• Il a une plus grande électronégativité que n'importe quel élément métallique;
• Il a un plus grand potentiel d'ionisation que n'importe quel élément métallique;
• C'est un atome capable de se transformer en cation (H +) ou en anion (H-).

La stabilité de l'atome d'hydrogène est obtenue lorsqu'il reçoit un électron dans la coquille de valence (la coquille la plus externe d'un atome). Dans les liaisons ioniques, l'hydrogène interagit exclusivement avec un métal, en tirant un électron. Dans les liaisons covalentes, l'hydrogène partage son électron avec un amétal ou avec lui-même, formant des liaisons simples.

Caractéristiques de l'hydrogène moléculaire (H2)

• A température ambiante, il se trouve toujours à l'état gazeux;
• C'est un gaz inflammable;
• Son point de fusion est de -259,2 ° C;
• Son point d'ébullition est de -252,9 ° C;
• Il a une masse molaire égale à 2 g / mol, étant le gaz le plus léger;
• Il possède une liaison sigma covalente, de type ss, entre les deux atomes d'hydrogène impliqués;
• Entre les atomes, deux électrons sont partagés;
• Il a une géométrie linéaire;
• Ses molécules sont non polaires;
• Ses molécules interagissent au moyen de forces dipolaires induites.

L'hydrogène moléculaire a une grande affinité chimique avec plusieurs composés. Cette propriété concerne la capacité d'une substance à réagir avec l'autre, car même si deux ou plusieurs substances sont mises en contact, mais qu'il n'y a pas d'affinité entre elles, la réaction ne se produira pas. De cette manière, il participe à des réactions telles que l'hydrogénation, la combustion et le simple échange.

Moyens d'obtenir de l'hydrogène moléculaire (H2)

Méthode physique

L'hydrogène moléculaire peut être obtenu à partir de l'air atmosphérique, car c'est l'un des gaz présents dans ce mélange. Pour cela, il est nécessaire de soumettre l'air atmosphérique à la méthode de liquéfaction fractionnée puis à une distillation fractionnée.

Méthode chimique

L'hydrogène moléculaire peut être obtenu par des réactions chimiques spécifiques, telles que:

• Échange simple: réaction dans laquelle un métal non noble (Me) déplace l'hydrogène présent dans un acide inorganique (HX), formant tout sel (MeX) et l'hydrogène moléculaire (H2):
• Moi + HX → MeX + H2
• Hydratation du charbon à coke (sous-produit du charbon minéral): dans cette réaction, le carbone (C) du charbon interagit avec l'oxygène de l'eau (H2O), formant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène gazeux:
• C + H2O → CO + H2
• Électrolyse de l'eau: lorsque l'eau est soumise au processus d'électrolyse, l'oxygène et l'hydrogène gazeux se forment:
• H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)

Utilitaires d'hydrogène

• Carburant pour fusées ou voitures;
• Brûleurs à arc (utilisent de l'énergie électrique) pour couper les métaux;
• Soudures;
• Synthèses organiques, plus précisément dans les réactions d'hydrogénation des hydrocarbures;
• Réactions organiques qui transforment les graisses en huiles végétales;
• Production d'halogénures d'hydrogène ou d'acides hydrogénés;
• Production d'hydrures métalliques, tels que l'hydrure de sodium (NaH).

Bombe à hydrogène

La bombe à hydrogène, la bombe H ou la bombe thermonucléaire est la bombe atomique qui a le plus grand potentiel de destruction. Son fonctionnement résulte d'un processus de fusion nucléaire, c'est pourquoi on peut aussi l'appeler bombe à fusion.

L'explosion d'une bombe à hydrogène résulte du processus de fusion, qui se déroule à des températures très élevées, environ 10 millions de degrés Celsius. Le processus de production de cette pompe commence par l'union des isotopes d'hydrogène, appelés protium, deutérium et tritium. La jonction des isotopes d'hydrogène amène le noyau de l'atome à générer encore plus d'énergie, c'est parce que des noyaux d'hélium se forment, dont la masse atomique est 4 fois supérieure à celle de l'hydrogène.

Ainsi, le noyau qui était léger devient lourd. Par conséquent, le processus de fusion nucléaire est des milliers de fois plus violent que celui de la fission. La puissance d'une bombe à hydrogène peut atteindre 10 millions de tonnes de dynamite, libérant des matières radioactives et des radiations électromagnétiques à un niveau bien supérieur à celui des bombes atomiques.

Le premier essai d'une bombe à hydrogène, en 1952, a libéré une quantité d'énergie équivalente à environ 10 millions de tonnes de TNT. Il est à noter que ce type de réaction est la source d'énergie des étoiles comme le Soleil. Il est composé de 73% d'hydrogène, 26% d'hélium et 1% d'autres éléments. Cela s'explique par le fait que des réactions de fusion ont lieu dans son cœur, dans lequel les atomes d'hydrogène fusionnent pour former des atomes d'hélium.

Faits sur l'hydrogène

• L'hydrogène moléculaire est plus léger que l'air et a été utilisé dans les dirigeables rigides par le comte allemand Ferdinand von Zeppelin, d'où le nom des dirigeables;
• L'hydrogène moléculaire peut être synthétisé par certaines bactéries et algues;
• L'hydrogène peut être utilisé pour produire du carburant énergétique propre;
• Le méthane (CH4) est une source d'hydrogène de plus en plus importante.