Introduction
L'hydrogène, de symbole H et de numéro atomique 1, occupe la première case du tableau périodique. C'est l'élément de base, le plus léger et le plus simple, composé d'un seul proton et d'un seul électron. Sa simplicité fondamentale en fait la pierre angulaire de la matière visible dans le cosmos et un acteur central dans des domaines allant de l'astrophysique à la transition énergétique.
Description
L'hydrogène est un non-métal qui existe principalement sous forme de molécule diatomique (H₂) dans les conditions normales. Il possède trois isotopes naturels : le protium (¹H, un proton, sans neutron, le plus abondant à plus de 99,98%), le deutérium (²H ou D, un proton et un neutron, stable) et le tritium (³H ou T, un proton et deux neutrons, radioactif). Sous pression et température extrêmes, comme au cœur des étoiles, l'hydrogène existe sous une quatrième forme, métallique, où il se comporte comme un conducteur électrique. Sur Terre, il est rare à l'état libre mais omniprésent dans les composés, principalement l'eau (H₂O) et les hydrocarbures. Sa chimie est vaste, formant des liaisons covalentes avec presque tous les non-métaux et des liaisons ioniques (hydrures) avec les métaux alcalins et alcalino-terreux.
Histoire
L'hydrogène a été identifié comme une substance distincte par le scientifique anglais Henry Cavendish en 1766, qui l'appela 'air inflammable'. Antoine Lavoisier lui donna son nom actuel en 1783, à partir des mots grecs 'hydro' (eau) et 'genes' (générateur), signifiant 'qui engendre l'eau', après avoir démontré que sa combustion produisait de l'eau. Sa place comme élément fondamental fut consacrée au 20ème siècle avec la découverte de ses isotopes et son rôle dans la physique nucléaire. La théorie du Big Bang postule que les protons d'hydrogène (nucléons) se sont formés dans la première seconde après l'origine de l'univers, faisant de lui le premier élément.
Caracteristiques
L'hydrogène possède les propriétés physiques et chimiques suivantes : Numéro atomique : 1. Masse atomique : 1,008 u. Point de fusion : -259,16 °C (14,01 K). Point d'ébullition : -252,879 °C (20,271 K). Densité (gaz, 0°C) : 0,08988 g/L. C'est le gaz le plus léger, 14 fois moins dense que l'air. Il est incolore, inodore et non toxique à l'état pur. Chimiquement, il est très réactif. Il brûle dans l'air avec une flamme bleu pâle, presque invisible, pour former de l'eau. Il réagit violemment avec les halogènes (ex. : chlore). Sa petite taille lui permet de diffuser à travers certains matériaux. Il est un agent réducteur puissant en chimie et en métallurgie.
Importance
L'importance de l'hydrogène est cosmique et terrestre. Dans l'univers, c'est le combustible des étoiles via les réactions de fusion nucléaire (chaîne proton-proton, cycle CNO) qui transforment l'hydrogène en hélium, libérant l'énergie qui illumine le cosmos. Sur Terre, il est indispensable à la vie en tant que composant de l'eau et de toutes les molécules organiques (glucides, lipides, protéines, acides nucléiques). Industriellement, il est massivement utilisé dans la production d'ammoniac (procédé Haber-Bosch pour les engrais), le raffinage du pétrole, l'hydrogénation des graisses et la fabrication du méthanol. Aujourd'hui, il est au cœur de la transition énergétique en tant que vecteur d'énergie propre. L''hydrogène vert', produit par électrolyse de l'eau avec de l'électricité renouvelable, peut décarboner des secteurs difficiles à électrifier (industrie lourde, transports longue distance) et servir de moyen de stockage d'énergie intermittente.
