Idrogèn
L'idrogèn es un element quimic de simbòl H e de nombre atomic 1. Ten un pes atomic mejan de 1,00794 uma, çò que ne fa l'element pus leugièr. Dins sa forma monoatomica (H) es la substància quimica mai abondanta: constituís aperaquí 75% de la massa barionica de l'univèrs.[1] Las estelas compactas son compausadas principalament d'idrogèn a l'estat de plasma.
En condicions estandard de temperatura e de pression, l'idrogèn es incolor, inodor, insipid, non toxic, non metallic, e autament combustible; pren la forma d'un gas diatomic de formula moleculara H2. L'idrogèn atomic d'ocurréncia naturala es fòrça rar per la Tèrra, pr'amor que forma facilament de compausats covalents amb la majoritat dels elements e se tròba present dins la molecula d'aiga e dins la majoritat dels compausats organics. L'idrogèn ten un ròtle fòrça important dins la quimica d'acid-basa: dins nombrosas reaccions s'intercambian de protons entre molaculas solublas.
Istòria
[modificar | Modificar lo còdi]La descubèrta de l'idrogèn
[modificar | Modificar lo còdi]Lo ròtle de l'idrogèn dins lo desvolopament de la teoria quantica
[modificar | Modificar lo còdi]Leis autrei descubèrtas sus l'idrogèn
[modificar | Modificar lo còdi]Proprietats fisicoquimicas
[modificar | Modificar lo còdi]Proprietats atomicas
[modificar | Modificar lo còdi]L'idrogèn es l'element quimic pus simple de la classificacion. De numerò atomic 1, son isotòp pus comun es constituït d'un proton e d'un electron. Sa configuracion electronica es donc 1s1 e pòu unicament formar una liason covalenta. Son atòm es tanben lo pus leugier e lo pus pichon amb un rai atomic de 0,25 Å e una massa d'environ 1,008 uma.
L'idrogèn pòu aisament perdre son electron per formar un ion qu'es reduch a un nuclèu atomic desprovesit d'electron. Generalament notat H+, aquel ion es a la basa de plusors reaccions quimicas importantas (reaccions acidobasicas, etc.). Pasmens, gràcias a una electronegativitat relativament auta (2,20 segon l'escala de Pauling), l'atòm pòu tanben captar un segond electron per formar l'ion idrur H– que tèn egalament un ròtle important dins fòrça mecanismes reaccionaus.
Proprietats dei còrs simples constituïts d'idrogèn
[modificar | Modificar lo còdi]L'idrogèn elementari
[modificar | Modificar lo còdi]Dins lei condicions rescontrats dins lo vuege interstellar, l'idrogèn pòu existir sota forma atomica. L'idrogèn monoatomic es la forma pus frequenta dins l'Univèrs, mai es pas estable dins lei condicions normalas de pression e de temperatura.
Lo diidrogèn
[modificar | Modificar lo còdi]Lo diidrogèn, tanben dich « idrogèn molecular », es la forma moleculara de l'idrogèn dins lei condicions normalas de pression e de temperatura. De formula quimica H2, es compausat de dos atòms d'idrogèn. Es un gas leugier, incolòr e inodòr que sa temperatura de fusion es de -259,1 °C e sa temperatura de vaporizacion de -252,76 °C[2]. A l'estat naturau, es una mescla de dos isomèrs, dichs ortoidrogèn e paraidrogèn, aguent d'estructuras diferentas[3]. Pòu de còps s'ionizar per l'ion idrur H- ò l'ion idrogèn H+.
A temperatura bassa, lo diidrogèn es pauc reactiu. En revènge, a caud ò en preséncia de catalisaires adaptats, pòu participar a fòrça reaccions quimicas. A un caractèr electropositiu marcat que li permet de se combinar aisament amb lei metaus alcalins e alcalinoterrós[4]. Lei reaccions son tanben aisadas amb leis alogèns per formar d'idracids[5], amb l'oxigèn[5], amb lo soupre[6], amb lo monoxid de carbòni (en preséncia de niquèl per formar de metan)[5], de metanòl (en preséncia d'oxid de zinc) e amb d'oxids de soupre, d'azòt, d'arsenic, etc. Aquelei reaccions son sovent violentas e explosivas[5]. Se la pression aumenta, es possible d'obtenir de reaccions amb l'azòt. Leis autrei reaccions son nombrosas e lo diidrogèn es una matèria premiera importanta de l'industria quimica. Enfin, fau nòtar l'importància de la liason covalenta C–H en quimia organica.
L'idrogèn metallic
[modificar | Modificar lo còdi]L'idrogèn metallic es una fasa ipotetica de l'idrogèn que se formariá quand es somés a una pression fòrça exemple. Seriá un exemple de matèria degenerada. Son estructura de basa seriá una ret de nuclèus atomics – de protons – aguent un espaçament significativament pus pichon que lo rai de Bohr. Leis electrons serián ansin pas liats e podrián adoptar un comportament deis electrons d'un metau conductor[7]. L'existéncia d'aquela fasa es supausada per explicar divèrsei fenomèns dins lei jaç intèrnes d'objèctes massís coma Jupitèr ò Saturne. Lei recèrcas per assaiar de confiermar sa realitat an permés d'identificar plusors fasas de transicion caracterizadas per de cambiaments dei proprietats de l'idrogèn comprimit, mai en 2022, avián pas encara desbocat.
L'idrogèn triatomic
[modificar | Modificar lo còdi]L'idrogèn triatomic es una forma allotropica rara qu'es fòrça instabla[8].
Occuréncia
[modificar | Modificar lo còdi]L'idrogèn es l'element pus abondós de l'Univèrs. Constituís 75 % de la massa e 92 % deis atòms de la matèria barionica, es a dire de la matèria visibla[9]. Es present en quantitats importantas dins leis estelas, dins lei planetas gasosas e dins lei nívols de gas interstellars[10].
En revènge, l'idrogèn es un element mens frequent dins la crosta terrèstra onte forma unicament 0,22 % deis atòms, çò qu'es ben inferior a l'oxigèn (47 %) e au silici (27 %)[11]. Es tanben rar dins l'atmosfèra onte representa solament 0,55 ppm dei gas atmosferics. La fònt pus comuna d'idrogèn terrèstre es donc l'aiga que sa molecula se compausa de dos atòms d'idrogèn e d'un atòm d'oxigèn. Lei teissuts organics son egalament una sèrva importanta car son principalament formats d'assemblatges de carbòni e d'idrogèn. Per exemple, l'idrogèn constituís 63 % deis atòms e 10 % de la massa dau còrs uman[11]. Se fau nòtar que de pòchis de diidrogèn natiu pòdon formar de jaciments dins la crosta terrèstra. La pus coneguda es probablament aquela de Mali qu'es utilizada per produrre d'electricitat dempuei leis ans 2010[12].
Isotòpia
[modificar | Modificar lo còdi]Plusors isotòps de l'idrogèn an un ròtle important en fisica e en quimia. Per aquela rason, tres isotòps an un nom e un simbòl quimic especifics. Lo premier es l'idrogèn-1 (ò proti) qu'es lo pus abondós (~ 99,98 % de l'idrogèn naturau). Estable, son nuclèu es unicament compausat d'un proton. Lo segond es lo deutèri (notat D) que correspònd a l'idrogèn-2. Egalament estable, son nuclèu es constituït d'un proton e d'un neutron. Es mai que mai utilizat coma moderator dins lei reactors nuclears sota forma d'aiga pesuga e coma combustible dins lei reactors de fusion. Enfin, lo tresen es lo triti (notat T) qu'es l'idrogèn-3. Fòrça radioactiu, pòu participar a de reaccions de fusion. En particular, es utilizat per la fabricacion d'armas nuclearas.
Leis autreis isotòps de l'idrogèn son fòrça instables e son pas observats dins la natura. Son lo resultat d'experiéncias de bombardament de nuclèus pesucs d'idrogèn per d'autrei nuclèus pesucs d'idrogèn. Aquò permetèt ansin la descubèrta deis isotòps 4 a 7. Pasmens, an unicament un interès per la recèrca fondamentala.
Proprietats quimicas principalas
[modificar | Modificar lo còdi]Lei reaccions acidobasicas
[modificar | Modificar lo còdi]Leis acids de Bronsted, fòrça presents dins la vida vidanta, reagisson en escambiant d'ions H+ amb de basas. L'activitat deis ions H+ es donc centrala dins lei mecanismes acidobasicas. Es a l'origina de la nocion de pH (ò « potenciau idrogèn ») que permet de mesurar l'aciditat d'una solucion.
Lei liasons idrogèn
[modificar | Modificar lo còdi]
Lei liasons idrogèn es un tipe de liame quimic feble que pòu aparéisser dins una molecula onte se tròba un liame entre un atòm d'idrogèn e un atòm electronegatiu (generalament l'azòt, l'oxigèn ò lo fluòr). Aquò es una consequéncia de la polarisacion de la liason covalenta entre aqueleis atòms. Lo pus electronegatiu vèn portaire d'una carga negativa parciala e l'idrogèn d'una carga positiva parciala, çò pòu engendrar la mesa en plaça d'una liason electrostatica entre l'atòm d'idrogèn d'una molecula e l'atòm electronegatiu d'una autra molecula[13]. Lei cas pus coneguts son aquelei de l'aiga H2O, de l'etanòl C2H5O e de l'amoniac NH3.
Lei liasons idrogèn an una intensitat intermediària entre aquela d'una liason covalenta e aquela dei fòrças de van der Waals. Aumentan la coesion intermoleculara dei liquids e dei solids onte son presentas. L'exemple pus sovent citat es aqueu de l'aiga que sa temperatura de vaporizacion es ansin pus auta qu'aquela dei compausats similars coma lo sulfur d'idrogèn H2S. Un autre exemple frequentament avançat es aqueu dei plantas que son estructura verticala es en partida assegurada per de pònts idrogèn. D'un biais generau, lei liasons idrogèn son fòrça importantas en quimia organica car la preséncia d'atòms d'oxigèn e d'azòt liats a d'atòms d'idrogèn favoriza lor aparicion.
Lei compausats covalents
[modificar | Modificar lo còdi]L'atòm d'idrogèn pòu engatjar son electron per formar una liason covalenta amb mai d'un atòm non metallic. Sei compausats covalents pus coneguts son lo diidrogèn H2, l'aiga H2O e leis idrocarburs CxHy. L'idrogèn es tanben un deis elements de basa de la quimia organica gràcias a sa capacitat de formar de liames amb d'atòms de carbòni, d'oxigèn e d'azòt.
Leis idrurs
[modificar | Modificar lo còdi]Leis idrurs son lei compausats constituïts d'un idrogèn e d'un element aguent una electronegativitat comparabla ò pus febla. A l'origina, lo tèrme « idrur » èra estrictament reservat a de compausats contenent de metaus, mai la definicion es estada estenduda a totei lei substàncias onte l'idrogèn forma una liason dirècta amb un autre element mens electronegatiu. Son generalament preparats a partir de diidrogèn gasós. Leis idrurs ionics son frequentament utilizats dins la quimia de sintèsi car son de basas fòrtas e de reductors poderós. Per exemple, es lo cas de l'idrur de sòdi NaH qu'intervèn dins fòrça reaccions organicas[14].
Produccion e utilizacion
[modificar | Modificar lo còdi]Produccion
[modificar | Modificar lo còdi]Lo diidrogèn naturau
[modificar | Modificar lo còdi]Lo diidrogèn es produch sus Tèrra per mai d'un mecanisme naturau coma la serpentinizacion entre l'aiga e lei ròcas magmaticas. Es tanben present dins lei gas idrotermaus e dins lei jaciments d'idrocarburs. En certanei cas, pòu formar una pòchi sosterranha qu'es esplechabla coma un jaciment estandard de gas naturau. A l'ora d'ara, un jaciment d'aqueu tipe permet de produrre d'electricitat en Mali. Pasmens, d'un biais generau, lo diidrogèn natiu es encara un gas rarament utilizable e la màger part de la demanda mondiala es assegurada per la produccion de diidrogèn industriau.
Lo diidrogèn artificiau
[modificar | Modificar lo còdi]Tres mecanismes industriaus permèton de produrre la quasi totalitat dau diidrogèn consumat cada an dins lo monde : lo vaporeformatge dau metan (62%), la gasificacion dau carbon (19 %) e lo reformatge dau nafta (18 %). Lo premier procès es basat sus una reaccion d'idrocarburs en preséncia d'aiga, de calor e de catalisaires. Dins lo cas dau metan, la reaccion globala s'escriu e pòu aver de rendiments d'aperaquí 40 a 45 % :
La gasificacion dau carbon es un procès ancian qu'utiliza de dioxigèn e d'aiga per oxidar lo carbon. Aquò produtz una mescla de dioxid de carbòni, de monoxid de carbòni, de vapor d'aiga e de diidrogèn. Segon lo gas cercat, es possible de modificar lei condicions de la reaccion per privilegiar sa formacion. Enfin, dins lo cas dau reformatge dau nafta, lo diidrogèn es un sosproduch dei reaccions principalas destinadas a produrre d'alcans leugiers.
Leis utilizacions principalas de l'idrogèn
[modificar | Modificar lo còdi]Toxicologia e seguretat
[modificar | Modificar lo còdi]Lo diidrogèn es lo còrs simple de l'idrogèn que s'obsèrva dins lei condicions terrèstras ordinàrias. Es una substància qu'a pas toxicitat coneguda. Pasmens, coma totei lei gas, pòu venir asfixiant quand remplaça lo dioxigèn de l'aire. Leis efiechs aparéisson quand la concentracion de dioxigèn es inferiora a 16 % e vènon grèus a partir de 12 %. Per aquela rason, lo diidrogèn a pas de valor limit d'exposicion professionala dins l'Union Europèa ò ais Estats Units[5]. En plaça, s'utiliza sovent lei limits impausats per lei règlas de lucha còntra leis explosions.
D'efiech, lo diidrogèn es un gas fòrça explosiu que forma una mescla explosiva amb l'aire sus una larga plaja (4 a 75 % en volum). L'energia minimala d'activacion de sa combustion es fòrça febla (17 µJ) e pòu èsser agantada per de belugas engendradas per l'electricitat estatica. De mai, pòu explosar d'un biais espontanèu en cas d'aumentacion de la temperatura ò de la pression. Enfin, lo diidrogèn es un compausat fòrça reactiu que pòu entraïnar d'explosions en preséncia d'oxidants, d'alogèns, d'acetilèn e de monoxid de carbòni[5].
Annèxas
[modificar | Modificar lo còdi]Liames intèrnes
[modificar | Modificar lo còdi]Bibliografia
[modificar | Modificar lo còdi]Donadas sus leis isotòps de l'idrogèn :
- (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot e O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nuclear Physics A, vol. 729, 2003, pp. 3–128.
- (en) J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman e P. D. P. Taylor, « Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) », Pure and Applied Chemistry, vol. 75, n° 6, 2003, pp. 683–800.
Nòtas e referéncias
[modificar | Modificar lo còdi]- ↑ «Hydrogen in the Universe». NASA, 13 setembre 1997.
- ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor & Francis, 3 de junh de 2009, 90a edicion.
- ↑ (fr) Pierre Malbrunot e Tapan Bose, L'hydrogène pour relever le défi énergétique du XXIe siècle, John Libbey Eurotext, 2007, p. 23.
- ↑ (fr) John C. Kotz e Paul Treichel, Chimie générale, De Boeck Supérieur, 2006, pp. 63-64.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 et 5,5 (fr) INRS, « Hydrogène - Fiche toxicologique n°326 », consultada lo 8 d'aost de 2024.
- ↑ (fr) Roger Bouaziz e Antoine-Pierre Rollet, Les éléments de la famille du soufre, París, Centre de Documentation Scientifique, 1964, p. 18.
- ↑ (fr) William J. Nellis, « L'hydrogène métallique », Pour la science, n° 273 « L'hydrogène métallique », julhet de 2000.
- ↑ (en) C. Bordas, P. C. Cosby e H. Helm, « Measurement of the lifetime of metastable triatomic hydrogen », The Journal of Chemical Physics, vol. 93, n° 9, 1èr de novembre de 1990, pp. 6303–6309.
- ↑ (fr) Olivier Henri-Rousseau, Physique théorique et réalité. Développements des sciences physiques et actualité des grands courants de la pensée antique, Presses universitaires de Perpignan, 2022, p. 315.
- ↑ (fr) Pierre Rousseau, De l'atome à l'étoile, Presses universitaires de France, 1980.
- ↑ 11,0 et 11,1 (fr) Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham e B. Lubochinsky (trad. Bernard Lubochinsky), Biochimie, París, De Boeck Université, 2000, p. 6.
- ↑ (en) Isabelle Moretti, Emyrose Brouilly, Keanu Loiseau e Alain Prinzhofer, « Hydrogen Emanations in Intracratonic Areas: New Guide Lines for Early Exploration Basin Screening », Geosciences, vol. 11, n° 3, 22 de març de 2021, p. 145.
- ↑ (en) T. W. Martin e Zygmunt S. Derewenda, « The name is bond — H bond », Nature Structural Biology, vol. 6, n° 5, mai de 1999, pp. 403-406.
- ↑ (en) Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, J. Wiley & Sons, Nòva York, 2004.