HYDROGÈNE

Propriétés chimiques

L'hydrogène était déjà connu des alchimistes, qui le préparaient par action des acides sur les métaux sous le nom d'air inflammable. Cavendish fut le premier à le recueillir dans une cloche à mercure et c'est Lavoisier qui lui donna son nom.

La stabilité thermique de la molécule d'hydrogène explique sa faible réactivité à basse température. Il faut amorcer les réactions à chaud ou utiliser un catalyseur qui favorise sa dissociation.

La présence de l'unique électron sur un niveau de faible énergie (le niveau 1s à l'état fondamental) explique la valeur élevée du potentiel d'ionisation (13,6 eV) – du même ordre de grandeur que celle du krypton. La conséquence en est l'absence de composés solides contenant l'hydrogène sous forme d'ions H⁺. L'affinité faible, mais positive (67 kJ . mole^-1), limite l'existence d'ions H^- aux combinaisons avec les éléments les plus électropositifs, donc les plus faciles à ioniser. Ces remarques expliquent que, dans la plupart de ses composés chimiques, l'hydrogène possède des liaisons fortement covalentes.

Action de l'hydrogène sur les corps simples. Hydrures

Hydrures : différentes classes - crédits : Encyclopædia Universalis France — Hydrures : différentes classes
Encyclopædia Universalis France

Trois classes de composés très différents peuvent se former. Leur nature est liée à la position de l'élément considéré dans le tableau périodique.

Hydrures ioniques ou salins

Correspondant aux éléments les plus électropositifs – essentiellement les alcalins et les alcalinoterreux –, les hydrures ioniques ou salins sont caractérisés par l'ion H^-. L'électrolyse en milieu sel fondu donne en effet un dégagement d'hydrogène à l'anode. La forte polarisabilité de l'ion H^- due au petit nombre d'électrons présents explique les variations sensibles de rayon ionique (0,144 nm dans LiH et 0,154 nm dans CsH).

On obtient ces hydrures par synthèse directe entre 200 et 500 ⁰C. Leur structure électronique explique leur faible stabilité thermique : le seul qui ait une tension de dissociation inférieure à 1 bar au point de fusion est LiH (0,04 bar à 680 ⁰C).

Les hydrures alcalins possèdent une structure de type NaCl, les hydrures alcalino-terreux la structure PbCl₂.

L'ion H^- se comporte comme une base forte : il réagit en effet avec l'eau et l'ammoniac qui sont des acides faibles avec déplacement des ions OH^- et NH^-₂ et dégagement d'hydrogène :

Certains hydrures salins – MgH₂, FeTiH₂, LaNi₅H₆ entre autres – peuvent servir au stockage réversible de l'hydrogène dans un système énergétique où l'hydrogène serait appelé à équilibrer production et consommation. C'est le principe de la batterie « nickel-hydrogène » utilisée dans les navettes spatiales. Celle-ci se charge sous l'influence du rayonnement solaire : l'hydrogène formé à l'électrode négative par réduction de la solution aqueuse constituant l'électrolyte est absorbé par un alliage tel que LaNi₅, LaNi₄Cu ou TiNiZrV avec une tension de dissociation de l'ordre de l'atmosphère ; à la positive l'hydroxyde de nickel s'oxyde. L'hydrure se décompose à la décharge. L'hydrogène constitue probablement le combustible d'avenir des piles à combustibles non polluantes des véhicules terrestres.

Hydrures interstitiels

Les hydrures interstitiels se forment avec les éléments de transition. La plupart des propriétés laissent penser que l'hydrogène est à l'état d'atome non ionisé, mais ce modèle représente certainement une simplification de la réalité, qui évolue d'ailleurs d'un élément de transition à l'autre.

Énergie de la liaison H-X - crédits : Encyclopædia Universalis France — Énergie de la liaison H-X
Encyclopædia Universalis France

Tous ces hydrures ont de vastes domaines de composition : les hydrures de palladium comptent d'ailleurs parmi les premiers composés non-stœchiométriques mis en évidence. Pour des taux relativement faibles en hydrogène, les phases obtenues sont[...]

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Écrit par

Paul HAGENMULLER : professeur à la faculté des sciences de Bordeaux, directeur du Laboratoire de chimie du solide au C.N.R.S.

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Pour citer cet article

Paul HAGENMULLER. HYDROGÈNE [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

HAGENMULLER, P.. HYDROGÈNE. Encyclopædia Universalis. (consulté le )

HAGENMULLER, Paul. « HYDROGÈNE ». Encyclopædia Universalis. Consulté le .

HAGENMULLER, Paul. « HYDROGÈNE ». Encyclopædia Universalis [en ligne], (consulté le )

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Hydrures covalants : température d'ébullition - crédits : Encyclopædia Universalis France — Hydrures covalants : température d'ébullition

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Autres références

DÉCOUVERTE DE L'HYDROGÈNE PAR CAVENDISH
- Écrit par Bernard PIRE
- 728 mots
L’article envoyé en mai 1766 par l’honorable Henry Cavendish (1731-1810) à la Royal Society, dont il est membre, décrit de façon magistrale la découverte d’un gaz léger s’échappant de certaines réactions chimiques : l’hydrogène. Ces travaux, publiés dans la livraison datée du 1...
ACIDO-BASIQUE ÉQUILIBRE
- Écrit par Pierre KAMOUN
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L'apport alimentaire en ions hydrogène H⁺est essentiellement représenté par les amino-acides introduits par les protéines (10 g de protéines libèrent 6 à 7 milliéquivalents d'ions H⁺).
AMMONIAC
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L'action des sels d'ammonium sur les métaux dans l'ammoniac liquide est semblable à celle des acides en phase aqueuse : on obtient un sel du métal attaqué et un dégagement d'hydrogène :
ARCHÉES ASGARD
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...avec une bactérie sulfato-réductrice du genre Desulfovibrio et une archée productrice du méthane du genre Methanogenium. L’archée Loki produit de l’hydrogène qui est utilisé par la bactérie pour produire du sulfure d’hydrogène et par Methanogenium pour produire du méthane. Hiroyuki Imachi...
ASTROCHIMIE
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Avec ses 99,999 p. 100 d'hydrogène et d'hélium, le gaz interstellaire est une mixture fort homogène. L'essentiel des éléments chimiques, fabriqués par les étoiles – à commencer par le carbone, l'azote et l'oxygène –, n'y sont présents que dans un rapport d'au mieux 3 pour...
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