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HYDROGÈNE

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L'hydrogène est un gaz inodore et incolore ; c'est le plus léger de tous les éléments chimiques. Son numéro atomique est égal à 1. Il perd son électron unique dans ses combinaisons avec les éléments non-métalliques ; il s'unit également avec les métaux pour donner des hydrures dans lesquels il peut jouer le rôle d'anion (H-). Enfin les composés les plus nombreux et notamment tous les composés organiques hydrogénés sont des composés covalents.

L'hydrogène est probablement l'élément le plus abondant de l'univers, mais il ne représente que 0,9 p. 100 en poids de la croûte terrestre en raison de la faiblesse de l'attraction de la Terre par rapport à d'autres astres.

La concentration de l'hydrogène dans l'atmosphère jusqu'à une altitude de 80 kilomètres (troposphère et stratosphère) est sensiblement constante (10-5) ; elle augmente considérablement dans l'exosphère.

1.  Isotopes et formes allotropiques

Trois isotopes sont connus. L'hydrogène (symbole H) léger, dont le noyau est formé uniquement d'un proton, est de loin le plus répandu. Le deutérium (symbole D), dont le noyau contient également un neutron, n'existe qu'à un taux de 0,015 p. 100 dans l'hydrogène naturel. Le tritium (symbole T), dont le noyau contient un second neutron, est un isotope artificiel.

Le deutérium est obtenu à partir de l'eau lourde D2O, elle-même préparée par électrolyses successives de solutions aqueuses (l'électrolyse favorise le départ de l'hydrogène H2, donc l'enrichissement en D2O). Alors que pour les éléments plus lourds les propriétés physiques des isotopes et de leurs composés sont très voisines et les propriétés chimiques indiscernables, il n'en est pas de même pour H et D grâce à un rapport des masses atomiques sensiblement égal à 2. L'eau lourde bout à 101,4 0C et se solidifie à 3,8 0C, sa masse volumique à 25 0C est 1,1046 g ( cm-3 au lieu de 0,9970 g . cm-3 pour l'eau ordinaire. La molécule de deutérium, dont l'énergie de vibration à 0 K est inférieure d'un facteur 2 à celle de l'hydrogène, possède une énergie de dissociation de 439,5 kJ . mole-1 à cette température, au lieu de 431,9 kJ . mole-1 pour H2. Il en résu […]

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BROMURE D'HYDROGÈNE

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… *Formule brute : HBr Masse moléculaire : 80,92 g Point de fusion : — 88,5 0C Point d'ébullition : — 67 0C Température critique : 89,9 0C Gaz de forte odeur piquante formant dans l'air un nuage lourd ; âcre et corrosif, il irrite fortement la peau et les muqueuses. Par abaissement de la température, il se liquéfie en… Lire la suite
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CAVENDISH HENRY (1731-1810)

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CHIMIE - La chimie aujourd'hui

Écrit par :  Pierre LASZLO

Dans le chapitre "Chimie de l'hydrogène"  : …  Ce* volet de la chimie est dicté par le réchauffement global, causé en partie par le CO2, ainsi que par la cherté du pétrole, qu'il importe aussi de conserver comme matière première pour la pétrochimie. Il tire parti de l'énergie dégagée par la formation d'eau à partir des deux éléments, hydrogène et oxygène. Telle quelle, leur réaction… Lire la suite
CHIMIE THÉORIQUE

Écrit par :  Lionel SALEMFrançois VOLATRON

Dans le chapitre "Les bases de la chimie théorique"  : …  , l'équation de Schrödinger est impossible à résoudre analytiquement, sauf pour le cas simple d'un électron (atome *hydrogène H ou ions hélium He +, lithium Li ++...). Il faut donc trouver des méthodes approchées ; les deux méthodes utilisées communément correspondent chacune à un point de vue différent pour la molécule… Lire la suite
CHLORE

Écrit par :  Henri GUÉRIN

Dans le chapitre "Fabrication industrielle"  : …  s'il se formait du chlore à l'anode et du sodium à la cathode, lequel en présence d'eau donne de* l'hydrogène et de la soude. En l'absence de précautions spéciales, la soude et le chlore risquent de donner lieu, par suite de réactions secondaires, à la formation d'hypochlorite et de chlorate. Pour éviter ces réactions, on a recours à deux… Lire la suite
CHLORURE D'HYDROGÈNE

Écrit par :  Universalis

… *Formule brute : HCl Masse moléculaire : 36,46 g Point d'ébullition : — 84,9 0C Point de fusion : — 114 0C Température critique : 51,54 0C. Gaz incolore d'odeur forte et étouffante, très soluble dans l'eau (qui à la température ordinaire en dissout environ 450 fois son volume), fumant dans l'air humide, corrosif. On… Lire la suite
CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES

Écrit par :  Jean-Claude DUPLESSY

Dans le chapitre "L'hydrogène, l'oxygène et l'eau"  : …  Si *l'hydrogène (H) est l'élément le plus abondant de la biosphère, il n'apparaît qu'exceptionnellement à l'état libre, au sein de quelques fermentations bactériennes, bien qu'il soit le vecteur essentiel de la bioénergétique : photosynthèse, respiration, fermentation. En fait, l'hydrogène s'identifie écologiquement à sa forme oxydée, l'eau (H2… Lire la suite
DALTON JOHN (1766-1844)

Écrit par :  David Marcus KNIGHT

Dans le chapitre "La théorie atomique"  : …  l'un et un de l'autre, et ainsi de suite. Puisque l'eau était le seul composé connu d'oxygène et d'*hydrogène, et que l'analyse de Dalton donnait sept parties en masse d'oxygène pour une d'hydrogène, l'atome d'oxygène devait peser sept fois plus que celui d'hydrogène. Les masses relatives des autres atomes pouvaient alors être déterminées par une… Lire la suite
DEUTÉRIUM

Écrit par :  Akli HAMMADI

…  F. G. Brickwedde et G. M. Murphy mettent en évidence l'existence du deutérium, isotope de l'atome *d'hydrogène, en analysant les raies du spectre de Balmer issues d'un résidu lourd de distillation fractionnée d'hydrogène liquide. Ces résultats furent confirmés la même année par W. Bleaknay à l'aide du spectrographe de masse. Le deutérium est un… Lire la suite
DIAGRAPHIES, géophysique

Écrit par :  Oberto SERRA

Dans le chapitre "Indice hydrogène-neutron"  : …  collision avec les noyaux atomiques de la formation. Ainsi ralentis, surtout par les collisions avec* les atomes légers d'hydrogène, ils atteignent un niveau d'énergie thermique (énergie égale à 0,025 eV) à partir duquel leur vitesse moyenne demeure constante, jusqu'au moment où ils sont capturés par un noyau de la formation ; la capture est… Lire la suite
ÉNERGIE - La notion

Écrit par :  Julien BOK

Dans le chapitre "Mécanique quantique"  : …  qui caractérise l'état physique d'un système. Prenons l'exemple du spectre de raies de *l'hydrogène : l'atome d'hydrogène est suffisamment simple (un proton et un électron) pour que ses niveaux d'énergies soient calculés exactement à partir des équations fondamentales de la mécanique quantique. On trouve : Le niveau E1 = — 13… Lire la suite
ÉTOILES

Écrit par :  André BOISCHOTJean-Pierre CHIÈZE

Dans le chapitre " Origine de l'énergie stellaire"  : …  d'énergie, pour la majorité des étoiles, était due à la réaction transformant quatre atomes *d'hydrogène en un atome d'hélium. Cette réaction se fait avec une légère perte de masse qui est libérée sous forme de rayonnement γ, de positons et de neutrinos, correspondant à une énergie de l'ordre de 25 millions d'électronvolts. En pratique, la… Lire la suite
GALAXIE LA ou VOIE LACTÉE

Écrit par :  James LEQUEUX

Dans le chapitre "Le gaz et la poussière interstellaires"  : …  Le gaz interstellaire est formé *d'hydrogène neutre ou ionisé, d'hélium et d'une petite quantité d'atomes plus lourds. Sa masse totale est de l'ordre de 5 p. 100 de celle des étoiles. Sa structure et sa dynamique sont extrêmement complexes. Il est très concentré le long du plan galactique. De grands complexes de gaz, dont la masse peut atteindre… Lire la suite
GALAXIES

Écrit par :  Danielle ALLOINAndré BOISCHOT

Dans le chapitre "Les galaxies et l'Univers"  : …  dû se produire dans les premiers âges des galaxies. – On trouve ensuite des régions chaudes où l'*hydrogène est ionisé ; ces régions sont encore appelées régions H II. En effet, dans les zones de formation stellaire récente, la matière interstellaire est chauffée par le rayonnement des étoiles chaudes (étoiles de type spectral O et B,… Lire la suite
GAZ ANALYSE DES

Écrit par :  Henri GUÉRIN

Dans le chapitre "Analyse par absorption (ou combustion) et volumétrie"  : …  comportant un tube rempli d'oxyde de cuivre sur lequel on fait passer le gaz. La combustion de l'*hydrogène s'accompagne d'une contraction qui permet de déterminer le volume de ce gaz dans le mélange : Dans le cas du méthane, il y a aussi contraction mais, simultanément, formation de dioxyde de carbone, que l'on absorbe par la potasse : En… Lire la suite
GAZ D'ÉCLAIRAGE

Écrit par :  Stanislas de CHAWLOWSKI

… *Vers 1610, le savant flamand Van Helmont a appelé « esprits » des composés volatils qu'il avait obtenus à la suite de diverses réactions. Esprit se dit ghoast en flamand (ghost en anglais). Ce mot, déformé en gaz, devait connaître une prodigieuse carrière internationale. Le gaz d'éclairage, provenant de la distillation de la… Lire la suite
GÉOCHIMIE

Écrit par :  René LETOLLE

Dans le chapitre "Groupe I A"  : …  L'*hydrogène est relativement peu abondant. Il semble que la plus grande partie de cet élément héritée de l'atmosphère primitive de la Terre (CH4, NH3) ait été expulsée lors de la phase de réchauffement intense consécutive à la contraction de la planète pendant son premier demi-milliard d'années d'existence. Dans ces… Lire la suite
HERZBERG GERHARD (1904-1999)

Écrit par :  Christian JUNGEN

… sa retraite en 1969, Herzberg continue une activité de recherche intense pendant plus de vingt ans. *Ses observations précises d'états énergétiquement très excités et de ce fait instables de l'hydrogène diatomique (1969-1972) sont à l'origine d'une nouvelle direction prise par la théorie de la dynamique moléculaire. En 1979, il découvre une nouvelle… Lire la suite
HYDROGÉNOÏDES

Écrit par :  Jean-Marc BRISSAUD

… *Ions positifs qui possèdent des propriétés analogues à celles de l'hydrogène (un seul électron dans un puits de potentiel simple) : He+, Li++, Be+++, etc. Pour ces ions pourvus d'un seul électron, l'équation de Schrödinger peut être résolue exactement et l'énergie du niveau de nombre quantique principal n s… Lire la suite
INTERSTELLAIRE MILIEU

Écrit par :  James LEQUEUX

Dans le chapitre " Description générale du milieu interstellaire"  : …  deux types (et des types de transition) : – les nuages diffus sont constitués principalement d'*hydrogène neutre atomique, ont une densité relativement faible (de 1 à 1 000 atomes par centimètre cube) et leur température varie entre 10 et 100 kelvins ; – les nuages moléculaires sont composés principalement d'hydrogène moléculaire et contiennent… Lire la suite
JUPITER, planète

Écrit par :  André BOISCHOTAndré BRAHICDaniel GAUTIERGuy ISRAËLPierre THOMAS Universalis

Dans le chapitre " Structure de la planète"  : …  voyageur rencontre d'abord une haute atmosphère extrêmement ténue, constituée essentiellement d'*hydrogène, et où la température est de l'ordre de 1 500 kelvins. Il aborde ensuite, à des niveaux où la pression est de l'ordre de 1 millionième de la pression de l'atmosphère terrestre au sol, une zone au-dessous de laquelle la turbulence est assez… Lire la suite
LAMB WILLIS EUGENE (1913-2008)

Écrit par :  Bernard PIRE

…  il conçoit et réalise avec son étudiant Robert. C. Retherford un appareillage qui leur permit de *mesurer très précisément une minuscule différence d'énergie entre deux états excités (notés 2S1/2 et 2P1/2) de l'atome d'hydrogène. L'article publié en août 1947 dans la Physical Review de la société américaine de physique est titré : « La… Lire la suite
LIAISONS CHIMIQUES - Liaison et classification

Écrit par :  André JULG

Dans le chapitre "Méthodes d'étude des molécules"  : …  La *molécule H2 est la plus simple des molécules neutres puisqu'elle résulte de l'union de deux atomes d'hydrogène. Malheureusement, l'équation de Schrödinger correspondante n'est pas intégrable, aussi des solutions approchées doivent-elles être recherchées. La première tentative fut celle de Heitler et London. Ces auteurs supposèrent que… Lire la suite
LIAISONS CHIMIQUES - Liaison hydrogène

Écrit par :  André JULG

…  à une même molécule ; l'association se traduit alors par la formation d'un cycle. L'atome d'*hydrogène du groupement AH étant situé à la jonction des deux édifices, on note l'association par quelques points placés entre l'atome H et l'atome B ; on écrit A–H...  B, symbolisant ainsi une sorte de liaison faible, appelée liaison hydrogèneLire la suite
MARS, planète

Écrit par :  Éric CHASSEFIÈREOlivier de GOURSACPhilippe MASSONFrancis ROCARD

Dans le chapitre " L'atmosphère"  : …  avec formation d'une couche d'ozone vers 25 ou 30 kilomètres d'altitude. On trouve également de *l'hydrogène atomique, provenant de la photodissociation de H2O par le rayonnement ultraviolet solaire ; cet hydrogène atomique s'échappe facilement de l'atmosphère, du simple fait de sa vitesse thermique et du faible champ gravitationnel… Lire la suite
MÉTÉORITES

Écrit par :  Mireille CHRISTOPHE MICHEL-LEVYPaul PELLAS

Dans le chapitre "L'hydrogène"  : …  *Depuis 1979, des enrichissements considérables en deutérium (D) ont été détectés dans certaines fractions de la matière organique des chondrites carbonées ainsi que dans certaines fractions organiques de la matrice de chondrites ordinaires non équilibrées (de type LL). La matière organique est classée en deux fractions : la fraction soluble (acides… Lire la suite
MOLÉCULE

Écrit par :  André JULG

Dans le chapitre "Propriétés chimiques des molécules"  : …  ont donc des propriétés chimiques différentes. En fait, la différence n'est sensible que pour *l'hydrogène et son isotope le deutérium, deux fois plus lourd. L'énergie de vibration de la molécule D2 est en effet 2 fois plus petite que celle de la molécule H2. De toute façon, c'est bien la molécule telle que nous l'avons… Lire la suite
NAINES BRUNES

Écrit par :  Isabelle BARAFFE

Dans le chapitre "Qu'est-ce qu'une naine brune ?"  : …  Une* naine brune est une étoile « ratée » qui ne peut maintenir de façon stable les réactions de fusion nucléaire de l'hydrogène caractérisant les débuts de l'évolution stellaire. Les étoiles naissent de l'effondrement gravitationnel de nuages de gaz et de poussière interstellaires, essentiellement composés d'hydrogène et d'hélium. Lors de la… Lire la suite
NEPTUNE, planète

Écrit par :  André BRAHIC

Dans le chapitre "La planète"  : …  l'ultraviolet et l'infrarouge. Comme Uranus, Neptune possède une atmosphère réductrice, riche en *hydrogène (contrairement à la Terre, qui possède une atmosphère oxydante, riche en oxygène) ; elle contient environ 25 p. 100 d'hélium et au moins 1 p. 100 de méthane. La couleur bleue de cette planète est en grande partie due à l'absorption de la… Lire la suite
NUCLÉAIRE - Applications civiles

Écrit par :  Pierre BACHER

Dans le chapitre "Nucléaire et chaleur"  : …  à haute température (de 600 à 1 000 0C), elle pourrait être utilisée pour produire de *l'hydrogène, soit par procédé thermochimique, soit par électrolyse à haute température. Que cet hydrogène soit utilisé directement dans des piles à combustible ou bien qu'il serve à hydrogéner des produits carbonés (charbon et biomasse) pour la… Lire la suite
NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Isotopes

Écrit par :  René BIMBOTRené LETOLLE

Dans le chapitre "Systèmes D/H et T/H"  : …  a été trouvée pour les eaux météoriques entre les compositions isotopiques de l'oxygène et de l'*hydrogène dans les systèmes en équilibre. La relation est plus complexe dans le cas de fractionnement cinétique sans obtention d'équilibre isotopique. Les milieux tampons riches en 18O (silicates, carbonates), pouvant, à température… Lire la suite
NUCLÉOSYNTHÈSE

Écrit par :  Jean AUDOUZE

Dans le chapitre "Les réactions de fusion nucléaire"  : …  la masse d'un noyau d'hélium 4 est inférieure de 27 MeV à celle de la masse de quatre noyaux *d'hydrogène. Un gramme d'hydrogène transformé en hélium dégage une énergie de 6,5 ( 1013 joules ou 2 ( 107 kWh, c'est-à-dire pourrait couvrir les besoins en électricité et gaz d'une famille de quatre personnes… Lire la suite
OXYDORÉDUCTIONS, biologie

Écrit par :  René HELLER

Dans le chapitre "L'intervention de l'hydrogène"  : …  non seulement pour la fixation d'un oxygène (R + O → RO), mais aussi pour la libération de deux *hydrogènes (R + H2O → RO + 2 H). L'opération inverse, la réduction, peut de même être effectuée par le départ d'un O ou par la fixation de 2 H. Le couplage entre l'oxydation d'un composé et la réduction d'un autre, ou Lire la suite
QUASARS

Écrit par :  Philippe VÉRON

Dans le chapitre "Les galaxies de Seyfert"  : …  optique des quasars et galaxies de Seyfert 1 est d'avoir des raies d'émission dues aux atomes d'*hydrogène très larges, indiquant, nous l'avons vu, des mouvements de plusieurs milliers de kilomètres par seconde ; mais à ces raies larges de l'hydrogène se superposent des raies en émission plus étroites dues aux atomes hydrogène, oxygène, azote,… Lire la suite
RADIOASTRONOMIE

Écrit par :  André BOISCHOTJames LEQUEUX

Dans le chapitre "Le spectre de raies en radioastronomie"  : …  de structure hyperfine des atomes, soit enfin des transitions de rotation moléculaires. La *raie de l'hydrogène neutre, sur 21 centimètres de longueur d'onde (soit 1 420,405 6 MHz), la première qui fut détectée en radioastronomie, dès 1951, et dont l'étude a bouleversé nos idées sur la structure de la Galaxie, est due à une transition entre… Lire la suite
SATURNE, planète

Écrit par :  André BOISCHOTAndré BRAHICDaniel GAUTIERGuy ISRAËLPierre THOMAS Universalis

Dans le chapitre " Structure de la planète"  : …  interplanétaire et se dirigeant vers le centre de la planète ; que découvrirait-il ? Un « nuage » d'*hydrogène atomique et peut-être d'hydrogène moléculaire, en forme de tore centré sur Saturne, entoure la planète. Le tore est situé dans le plan équatorial et s'étend entre 8 et 25 rayons saturniens (soit de 480 000 à 1,5 million de kilomètres) et a… Lire la suite
SOLEIL

Écrit par :  Pierre LANTOS

Dans le chapitre "Structure interne"  : …  Dans ce noyau ont lieu les réactions thermonucléaires qui fournissent son énergie au Soleil. L'*hydrogène qui, à la surface, représente 71 p. 100 de la masse, est réduit dans le noyau à 34 p. 100 en raison de sa transformation en hélium. Les modèles indiquent aussi que les réactions nucléaires du cycle proton-proton prédominent et que celles du… Lire la suite
SOUS-MARINE PLONGÉE

Écrit par :  Henri DELAUZEClaude RIFFAUD

Dans le chapitre "La plongée à l'hydrogène"  : …  *L'idée, initiée par Lavoisier, d'utiliser l'hydrogène comme un gaz respiratoire de faible densité remonte au xviiie siècle. Le premier homme qui a eu le courage d'expérimenter l'hydrogène sur lui-même est l'ingénieur suédois Arne Zetterström, lors de tests réalisés entre 1943 et 1945 par la Marine royale suédoise. En dehors de… Lire la suite
SPECTROSCOPIE

Écrit par :  Michel de SAINT SIMON

Dans le chapitre " Spectroscopie atomique"  : …  λ) bien définies :  = hc/λ. Le spectre d'émission de l'atome *d'hydrogène, qui ne comprend qu'un seul électron, a été compris en premier. Ses raies obéissent à la relation de Balmer : 1/λ = R(1/n2 — 1/m2) où R est une constante et où n … Lire la suite
STELLAIRES ASSOCIATIONS

Écrit par :  Thierry MONTMERLE

Dans le chapitre "Le contenu gazeux"  : …  gaz invisibles existent toujours dans leur voisinage immédiat. Ce gaz est constitué principalement *d'hydrogène, comme partout dans l'Univers, mais il est ici sous une forme nouvelle : il s'agit d'hydrogène moléculaire H2. La molécule H2 elle-même ne peut pas être détectée en ondes radio, mais la molécule CO, découverte en… Lire la suite
SULFURE D'HYDROGÈNE

Écrit par :  Bernard CARTON

… *Formule brute : H2S Masse moléculaire : 34,08 Point de fusion : — 85,5 0C Point d'ébullition : — 60,7 0C Température critique : 100,38 0C Gaz incolore, d'odeur caractéristique d'œufs pourris, assez soluble dans l'eau où il cristallise avec sept molécules d'eau ; il apparaît toujours dans la décomposition… Lire la suite
TANTALE ET NIOBIUM

Écrit par :  Robert SYRE

Dans le chapitre "Réaction avec les gaz"  : …  ce point de vue, les positions relatives du tantale et du niobium par rapport à d'autres métaux. L'*hydrogène diffuse et se solubilise dans les deux métaux à partir de 100 0C. La vitesse de réaction croît avec la température, devient notable dès 300 0C et très rapide entre 600 et 800 0C, transformant tout le métal… Lire la suite
THERMONUCLÉAIRE ÉNERGIE

Écrit par :  Robert DAUTRAYPascal GARINMichel GRÉGOIREGuy LAVALJean-Paul WATTEAUJoseph WEISSE

Dans le chapitre "La fusion thermonucléaire"  : …  considérables résultant de la masse solaire qui est d'environ 2 × 1030 kilogrammes. *La concentration en noyaux d'hydrogène est élevée (supérieure à 70 p. 100), de sorte que les chaînes protons-protons jouent un rôle prépondérant (de l'ordre de 56 p 100) dans la production d'énergie thermonucléaire solaire. Lorsque la phase de… Lire la suite
TRITIUM

Écrit par :  Akli HAMMADI

…  d'un isotope de masse trois de l'hélium (3He) et de l'isotope de masse trois de *l'hydrogène (3H). Quelques années plus tard, en 1939, Luis Walter Alvarez sépare les deux isotopes. Il montre que l'hélium 3He est stable, alors que le tritium 31 H est radioactif et s'… Lire la suite
URANUS, planète

Écrit par :  André BRAHIC

Dans le chapitre "La planète"  : …  de l'hélium à environ 15 p. 100, ce qui correspond à la quantité d'hélium (mesurée par rapport à *l'hydrogène) qu'on trouve dans le Soleil. Il semblerait donc que l'atmosphère, ayant la même composition que le Soleil et que la nébuleuse primitive, soit primordiale et non le fruit d'une évolution ultérieure de la planète. Uranus a une structure… Lire la suite
UREY HAROLD CLAYTON (1893-1981)

Écrit par :  Georges KAYAS

… *Chimiste américain né à Walkerton (Indiana) et mort à La Jolla (Californie). Harold Clayton Urey commence sa carrière à Copenhague (1923-1924), où il prend part aux recherches de Niels Bohr sur la théorie de la structure de l'atome. Professeur associé à la Johns Hopkins University (Baltimore, 1924-1929), à Columbia University (1929-1945), puis à l'… Lire la suite

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Hydrures : différentes classes Énergie de la liaison H-X Hydrures covalants : température d'ébullition Équilibre vapeur d'eau-hydrogène Potentiels d'oxydo-réduction Diborane

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