Élément chimique · fiche de référence

Hydrogène

L’hydrogène est l’élément 1 (H), situé en période 1, groupe 1 et dans le bloc s. À température ambiante, son état de référence est gazeux. Sa configuration électronique est 1s1.

Numéro atomique1

Poids atomique standard[1,00784 ; 1,00811]

Groupe1

Période1

Blocs

Configuration électronique1s1

Structure électronique

Ce qui gouverne sa chimie

L’hydrogène ne possède qu’un électron et aucune couche électronique interne. Il peut partager cet électron dans une liaison covalente, le perdre pour former H⁺ dans des milieux fortement ionisants, ou gagner un électron pour former un hydrure H⁻ dans certains composés. Cette souplesse explique sa présence dans l’eau, les acides, les hydrocarbures et de très nombreuses molécules biologiques.

La configuration 1s¹ fait aussi de l’hydrogène un cas particulier du tableau périodique. Il est placé au-dessus du groupe 1 parce qu’il possède un électron de valence, mais sa chimie n’est pas simplement celle d’un métal alcalin.

Formes chimiques

Composés, ions et matériaux

L’hydrogène élémentaire se présente normalement sous forme de molécules H₂. Dans les composés, on le trouve dans l’eau, les hydrocarbures, les acides, les hydrures métalliques et d’innombrables molécules organiques. Son état d’oxydation peut être +1, 0 ou −1 selon le partenaire de liaison.

Comportement physique

État et changements de phase

À température ambiante, l’état de référence est gazeux. La masse volumique indiquée est 0,0899 g/L. Le point de fusion est 13,84 K (-259,3 °C). Le point d’ébullition est 20,27 K (-252,9 °C). La pression, la pureté et la structure cristalline peuvent modifier les valeurs mesurées.

Présence et applications

Présence, formes et usages

Sur Terre, l’hydrogène est surtout présent sous forme liée, notamment dans l’eau et les molécules organiques. Dans l’industrie, le dihydrogène sert en particulier à fabriquer de l’ammoniac et au raffinage ; il est aussi utilisé comme vecteur énergétique, par exemple dans les piles à combustible.

Dans la pratique

Exemples d’utilisations concrètes

eau et chimie du vivant

L’hydrogène fait partie de l’eau et du squelette carbone–hydrogène présent dans toute la chimie du vivant.

production d’engrais

Le dihydrogène sert à produire de l’ammoniac, lui-même utilisé pour fabriquer de nombreux engrais azotés.

raffinage du pétrole

L’hydrogène intervient dans des étapes catalytiques ou de traitement à l’hydrogène qui retirent des impuretés et améliorent les carburants.

Position périodique

Ce que montrent les éléments voisins

L’hydrogène est en période 1 et dans le groupe 1. Dans le voisinage affiché, le lithium est juste au-dessous dans le même groupe. Ces positions permettent de comparer le rayon atomique, l’énergie d’ionisation et les modes de liaison avec les éléments proches.

Données de référence

Propriétés physiques et atomiques

Classificationnon-métal

État à température ambiantegaz

Électrons par couche1

Masse volumique0,0899 g/L

Point de fusion13,84 K (-259,3 °C)

Point d’ébullition20,27 K (-252,9 °C)

Électronégativité de Pauling2,2

Première énergie d’ionisation1 312 kJ/mol

Affinité électronique72,77 kJ/mol

Les valeurs décrivent l’élément ou l’atome neutre lorsque cela s’applique. Les propriétés physiques peuvent dépendre de l’allotrope, de la pression et des conditions de mesure.

Histoire

Découverte et identification

La découverte de l’hydrogène est associée à Henry Cavendish. L’identification de l’élément, son isolement sous forme pure et l’attribution ultérieure de son numéro atomique ne correspondent pas nécessairement au même moment historique.

Isotopes et poids atomique

Ce que signifie la valeur du tableau

Le poids atomique standard est donné sous forme d’intervalle : [1.00784, 1.00811]. Les proportions isotopiques varient légèrement selon les échantillons naturels ; une seule valeur décimale masquerait cette variation réelle.

L’hydrogène possède au moins un isotope stable. Les isotopes ont le même nombre de protons et appartiennent donc au même élément, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons et leur masse atomique.

Précautions

Manipulation et exposition

Les risques associés à l’hydrogène dépendent de la forme chimique, de la dose et de la voie d’exposition. L’hydrogène élémentaire, ses ions et ses composés peuvent avoir des effets biologiques très différents : il faut consulter les données de sécurité de la substance réellement manipulée.