hydrogène - chimie.

hydrogène - chimie. 1 PRÉSENTATION hydrogène (du grec « qui produit de l'eau «), élément de symbole H, incolore, inodore et insipide, de numéro atomique 1. On confondait l'hydrogène avec d'autres gaz, jusqu'à ce que le chimiste anglais Henry Cavendish démontra en 1766 que l'hydrogène était produit par l'action de l'acide sulfurique sur les métaux. Le chimiste montra plus tard que l'hydrogène était une substance indépendante, qui se combinait avec l'oxygène pour former de l'eau. En 1781, le chimiste anglais Joseph Priestley nomma ce gaz « air inflammable « et le chimiste français Antoine Laurent de Lavoisier le renomma hydrogène. 2 PROPRIÉTÉS ET ORIGINE NATURELLE Comme la plupart des éléments gazeux, l'hydrogène est diatomique (ses molécules sont constituées de deux atomes). Aux températures élevées, il se décompose en atomes libres. L'hydrogène a les plus bas points d'ébullition et de fusion de tous les éléments hormis l'hélium : l'hydrogène fond à - 259,2 °C et bout à - 252,77 °C. À 0 °C et sous une pression de 1 atm, l'hydrogène est un gaz de densité 0,089. Sa masse atomique est de 1,007. L'hydrogène liquide fut obtenu pour la première fois, en 1898, par le chimiste britannique sir James Dewar (voir Cryogénie). Il est incolore (bleu clair en couches épaisses), avec une densité de 0,070. Évaporé sous pression réduite à grande vitesse, il se transforme en un solide incolore. Le gaz hydrogène est un mélange des deux formes différentes suivantes : l'orthohydrogène (les spins des noyaux sont parallèles) et le parahydrogène (les spins sont antiparallèles). L'hydrogène ordinaire contient environ trois quarts de la forme ortho et un quart de la forme para. Ces deux formes ont des points de fusion et d'ébullition semblables à ceux de l'hydrogène ordinaire. En pratique, le parahydrogène pur est obtenu par adsorption d'hydrogène ordinaire sur du charbon actif vers - 225 °C. On connaît trois isotopes naturels de l'hydrogène : l'hydrogène ordinaire, le deutérium et le tritium. Le noyau d'un atome d'hydrogène ordinaire contient un proton. Le deutérium est présent dans l'hydrogène ordinaire jusqu'à 0,02 p. 100, son noyau est constitué d'un proton et d'un neutron, et l'élément a une masse atomique de 2. Le tritium est un isotope instable et radioactif, dont le noyau atomique contient un proton et deux neutrons. Le tritium a une masse atomique de 3. On trouve l'hydrogène libre uniquement à l'état de traces infimes dans l'atmosphère. Cependant, les spectres solaire et stellaire montrent que le gaz est abondant dans le soleil et dans les autres étoiles. C'est en fait l'élément le plus répandu dans l'Univers. L'hydrogène combiné avec d'autres éléments est largement répandu sur Terre, où le composé de l'hydrogène le plus important et le plus abondant est l'eau H 2O. Tous les constituants de la matière vivante, comme de nombreux minéraux, contiennent de l'hydrogène. C'est un constituant essentiel des hydrocarbures et d'une large variété d'autres composés organiques. Tout acide contient de l'hydrogène ; on différencie les acides par leur facilité à libérer des ions hydrogène en solution. 3 UTILISATIONS L'hydrogène réagit avec de nombreux éléments non métalliques. Il se combine avec l'azote en présence d'un catalyseur pour former de l'ammoniac (voir Azote, fixation de l'), avec le soufre pour former du sulfure d'hydrogène, avec le chlore pour former du chlorure d'hydrogène et avec l'oxygène pour former de l'eau. La réaction entre l'oxygène et l'hydrogène a lieu à température ambiante et seulement en présence d'un catalyseur, tel que le platine finement divisé. Lorsque l'on enflamme un mélange d'hydrogène et d'air ou d'oxygène, il se produit une explosion. L'hydrogène se combine également avec certains métaux tels que le sodium et le lithium pour former des hydrures. L'hydrogène agit comme un agent réducteur sur les oxydes métalliques, tels que l'oxyde de cuivre : le gaz entraîne l'oxygène et laisse le métal à l'état libre. L'hydrogène réagit avec les composés organiques insaturés pour former les composés saturés correspondants. Le gaz est préparé en laboratoire par action d'un acide dilué sur un métal, comme le zinc, et par électrolyse de l'eau (voir Électrochimie). De grandes quantités du gaz sont produites industriellement à partir de différents gaz combustibles. L'hydrogène est séparé du gaz à l'eau, du gaz naturel et du gaz de houille, par liquéfaction des autres constituants du gaz ou par conversion catalytique du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone, facilement éliminé. Dans de nombreuses réactions d'électrolyse, l'hydrogène est un sous-produit important. Des quantités considérables d'hydrogène sont utilisées dans la synthèse de l'ammoniac et du méthanol. L'hydrogénation des huiles pour la production de graisses comestibles, du charbon pour former le pétrole de synthèse, et des huiles du pétrole pour enrichir la fraction d'essence, sont des procédés qui nécessitent de grandes quantités d'hydrogène. On a utilisé l'hydrogène, gaz le plus léger, pour gonfler les ballons et les dirigeables. Cependant, il s'enflamme très facilement, et plusieurs dirigeables, dont l' Hindenburg, ont été détruits par des incendies d'hydrogène. L'hélium a 92 p. 100 de la puissance de levage de l'hydrogène et est ininflammable. C'est pourquoi on l'utilise dès que possible. L'hydrogène est en général stocké dans des cylindres d'acier, sous des pressions comprises entre 120 et 150 atm. Le gaz est également utilisé dans les chalumeaux à hautes températures pour la coupe, la fonte et le soudage des métaux. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.