Physique de l'hydrogène. L'hydrogène, ses propriétés particulières et ses réactions

Prévalence dans la nature. V. est répandu dans la nature ; sa teneur dans la croûte terrestre (lithosphère et hydrosphère) est de 1 % en poids et de 16 % en nombre d'atomes. V. fait partie de la substance la plus courante sur Terre - l'eau (11,19 % de V. en poids), dans la composition de composés qui composent le charbon, le pétrole, les gaz naturels, les argiles, ainsi que les organismes animaux et végétaux (c'est-à-dire dans la composition protéines, acides nucléiques, graisses, glucides, etc.). A l'état libre, V. est extrêmement rare ; on le trouve en petites quantités dans les gaz volcaniques et autres gaz naturels. De petites quantités d'hydrogène libre (0,0001 % en nombre d'atomes) sont présentes dans l'atmosphère. Dans l'espace proche de la Terre, le rayonnement forme la ceinture de rayonnement interne (« proton ») de la Terre sous la forme d'un flux de protons. Dans l'espace, V. est l'élément le plus courant. Sous forme de plasma, il représente environ la moitié de la masse du Soleil et de la plupart des étoiles, l'essentiel des gaz du milieu interstellaire et des nébuleuses gazeuses. V. est présent dans l'atmosphère de nombreuses planètes et dans les comètes sous forme de H2 libre, de méthane CH4, d'ammoniac NH3, d'eau H2O, de radicaux tels que CH, NH, OH, SiH, PH, etc. Sous forme de flux de protons, l'énergie fait partie du rayonnement corpusculaire du Soleil et des rayons cosmiques.

Isotopes, atome et molécule. Le vitriol ordinaire est constitué d'un mélange de deux isotopes stables : le vitriol léger, ou protium (1H), et le vitriol lourd, ou deutérium (2H, ou D). Dans les composés naturels, il y a en moyenne 6 800 atomes 1H pour 1 atome 2H. Un isotope radioactif a été produit artificiellement - le V. superlourd, ou tritium (3H ou T), avec un rayonnement β doux et une demi-vie T1/2 = 12,262 ans. Dans la nature, le tritium se forme, par exemple, à partir de l'azote atmosphérique sous l'influence des neutrons des rayons cosmiques ; dans l'atmosphère, il est négligeable (4-10-15 % du nombre total d'atomes V). Un isotope 4H extrêmement instable a été obtenu. Les nombres de masse des isotopes 1H, 2H, 3H et 4H, respectivement 1,2, 3 et 4, indiquent que le noyau d'un atome de protium ne contient qu'un seul proton, le deutérium - 1 proton et 1 neutron, le tritium - 1 proton et 2 neutrons, 4H - 1 proton et 3 neutrons. La grande différence dans les masses des isotopes de V. détermine une différence plus notable dans leurs propriétés physiques et chimiques que dans le cas des isotopes d'autres éléments.

L'atome V. a la structure la plus simple parmi les atomes de tous les autres éléments : il se compose d'un noyau et d'un électron. L'énergie de liaison d'un électron avec un noyau (potentiel d'ionisation) est de 13,595 eV. Un atome neutre peut également ajouter un deuxième électron, formant un ion négatif H- ; dans ce cas, l'énergie de liaison du deuxième électron avec un atome neutre (affinité électronique) est de 0,78 eV. La mécanique quantique permet de calculer tous les niveaux d'énergie possibles d'un atome et, par conséquent, de donner une interprétation complète de son spectre atomique. L'atome V est utilisé comme atome modèle dans les calculs de mécanique quantique des niveaux d'énergie d'autres atomes plus complexes. La molécule B. H2 est constituée de deux atomes reliés par une liaison chimique covalente. L'énergie de dissociation (c'est-à-dire de désintégration en atomes) est de 4,776 eV (1 eV = 1,60210-10-19 J). La distance interatomique à la position d'équilibre des noyaux est de 0,7414-Å. À haute température, l'hydrogène moléculaire se dissocie en atomes (le degré de dissociation à 2 000 °C est de 0,0013, à 5 000 °C de 0,95). Atomic V. se forme également dans diverses réactions chimiques (par exemple, par l'action du Zn sur l'acide chlorhydrique). Cependant, l’existence de l’hydrogène à l’état atomique ne dure que peu de temps ; les atomes se recombinent en molécules H2.

Proprietes physiques et chimiques. V. est la plus légère de toutes les substances connues (14,4 fois plus légère que l'air), densité 0,0899 g/l à 0°C et 1 atm. L'hélium bout (se liquéfie) et fond (se solidifie), respectivement, à -252,6°C et -259,1°C (seul l'hélium a des points de fusion et d'ébullition plus bas). La température critique de l'eau est très basse (-240°C), sa liquéfaction se heurte donc à de grandes difficultés ; pression critique 12,8 kgf/cm2 (12,8 atm), densité critique 0,0312 g/cm3. De tous les gaz, V. a la plus grande conductivité thermique, égale à 0,174 W/(m-K) à 0°C et 1 atm, soit 4,16-0-4 cal/(s-cm-°C). La capacité thermique spécifique de V. à 0°C et 1 atm Ср 14,208-103 J/(kg-K), soit 3,394 cal/(g-°C). V. est légèrement soluble dans l'eau (0,0182 ml/g à 20°C et 1 atm), mais bien soluble dans de nombreux métaux (Ni, Pt, Pd, etc.), notamment dans le palladium (850 volumes pour 1 volume de Pd) . La solubilité de V. dans les métaux est liée à sa capacité à diffuser à travers eux ; la diffusion à travers un alliage de carbone (par exemple l'acier) s'accompagne parfois d'une destruction de l'alliage due à l'interaction du carbone avec le carbone (ce qu'on appelle la décarbonisation). Le liquide V. est très léger (densité à -253°C 0,0708 g/cm3) et fluide (viscosité à -253°C 13,8 spuaz).

Dans la plupart des composés, V. présente une valence (plus précisément, un état d'oxydation) +1, comme le sodium et d'autres métaux alcalins ; il est généralement considéré comme un analogue de ces métaux, en tête de 1 gramme. Le système de Mendeleïev. Cependant, dans les hydrures métalliques, l'ion B est chargé négativement (état d'oxydation -1), c'est-à-dire que l'hydrure Na+H- est structuré de la même manière que le chlorure Na+Cl-. Ceci et quelques autres faits (la similitude des propriétés physiques de V. et des halogènes, la capacité des halogènes à remplacer V. dans les composés organiques) donnent des raisons de classer V. également dans le groupe VII du tableau périodique (pour plus de détails, voir le tableau périodique des éléments). Dans des conditions normales, le V. moléculaire est relativement peu actif, se combinant directement uniquement avec les non-métaux les plus actifs (avec le fluor et à la lumière avec le chlore). Cependant, lorsqu’il est chauffé, il réagit avec de nombreux éléments. Atomic V. a une activité chimique accrue par rapport à l'activité moléculaire. Avec l'oxygène, V. forme de l'eau : H2 + 1/2O2 = H2O avec dégagement de 285,937-103 J/mol soit 68,3174 kcal/mol de chaleur (à 25°C et 1 atm). À des températures normales, la réaction se déroule extrêmement lentement ; au-dessus de 550°C, elle explose. Les limites explosives d'un mélange hydrogène-oxygène sont (en volume) de 4 à 94 % H2, et d'un mélange hydrogène-air - de 4 à 74 % H2 (un mélange de 2 volumes de H2 et 1 volume d'O2 est appelé gaz détonant). V. est utilisé pour réduire de nombreux métaux, car il élimine l'oxygène de leurs oxydes :

CuO + H2 = Cu + H2O,
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O, etc.
Avec les halogènes, V. forme des halogénures d'hydrogène, par exemple :
H2 + Cl2 = 2HCl.

Dans le même temps, V. explose avec le fluor (même dans l'obscurité et à -252°C), réagit avec le chlore et le brome uniquement lorsqu'il est éclairé ou chauffé, et avec l'iode uniquement lorsqu'il est chauffé. V. réagit avec l'azote pour former de l'ammoniac : 3H2 + N2 = 2NH3 uniquement sur un catalyseur et à des températures et pressions élevées. Lorsqu'il est chauffé, V. réagit vigoureusement avec le soufre : H2 + S = H2S (sulfure d'hydrogène), beaucoup plus difficilement avec le sélénium et le tellure. V. peut réagir avec du carbone pur sans catalyseur uniquement à haute température : 2H2 + C (amorphe) = CH4 (méthane). V. réagit directement avec certains métaux (alcalis, alcalino-terreux, etc.), formant des hydrures : H2 + 2Li = 2LiH. Les réactions de l'hydrogène avec le monoxyde de carbone sont d'une grande importance pratique, dans lesquelles divers composés organiques se forment en fonction de la température, de la pression et du catalyseur, par exemple HCHO, CH3OH, etc. (voir Monoxyde de carbone). Les hydrocarbures insaturés réagissent avec l'hydrogène et deviennent saturés, par exemple : CnH2n + H2 = CnH2n+2 (voir Hydrogénation).

Dans le tableau périodique, l'hydrogène est réparti dans deux groupes d'éléments complètement opposés dans leurs propriétés. Cette fonctionnalité le rend complètement unique. L'hydrogène n'est pas seulement un élément ou une substance, mais fait également partie intégrante de nombreux composés complexes, un élément organogène et biogénique. Examinons donc plus en détail ses propriétés et ses caractéristiques.

La libération de gaz inflammables lors de l'interaction de métaux et d'acides a été observée au XVIe siècle, c'est-à-dire lors de la formation de la chimie en tant que science. Le célèbre scientifique anglais Henry Cavendish étudia cette substance à partir de 1766 et lui donna le nom d’« air combustible ». Une fois brûlé, ce gaz produisait de l’eau. Malheureusement, l’adhésion du scientifique à la théorie du phlogistique (hypothétique « matière ultrafine ») l’a empêché de tirer les bonnes conclusions.

Le chimiste et naturaliste français A. Lavoisier, en collaboration avec l'ingénieur J. Meunier et à l'aide de gazomètres spéciaux, a synthétisé l'eau en 1783, puis l'a analysée par décomposition de la vapeur d'eau avec du fer chaud. Ainsi, les scientifiques ont pu tirer les bonnes conclusions. Ils ont découvert que « l’air combustible » n’est pas seulement une partie de l’eau, mais qu’il peut également en être obtenu.

En 1787, Lavoisier suggéra que le gaz étudié était une substance simple et, par conséquent, l'un des principaux éléments chimiques. Il l’appelait hydrogène (du grec hydor – eau + gennao – je donne naissance), c’est-à-dire « donner naissance à l’eau ».

Le nom russe « hydrogène » a été proposé en 1824 par le chimiste M. Soloviev. La détermination de la composition de l’eau a marqué la fin de la « théorie du phlogistique ». Au tournant des XVIIIe et XIXe siècles, il a été établi que l'atome d'hydrogène est très léger (comparé aux atomes d'autres éléments) et sa masse a été prise comme unité de base pour comparer les masses atomiques, recevant une valeur égale à 1.

Propriétés physiques

L'hydrogène est la substance la plus légère connue de la science (il est 14,4 fois plus léger que l'air), sa densité est de 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Ce matériau fond (se solidifie) et bout (se liquéfie), respectivement, à -259,1°C et -252,8°C (seul l'hélium a des températures d'ébullition et de fusion plus basses).

La température critique de l'hydrogène est extrêmement basse (-240 °C). Pour cette raison, sa liquéfaction est un processus plutôt complexe et coûteux. La pression critique de la substance est de 12,8 kgf/cm² et la densité critique est de 0,0312 g/cm³. Parmi tous les gaz, l'hydrogène a la conductivité thermique la plus élevée : à 1 atm et 0 °C, elle est égale à 0,174 W/(mxK).

La capacité thermique spécifique de la substance dans les mêmes conditions est de 14,208 kJ/(kgxK) ou 3,394 cal/(gh°C). Cet élément est légèrement soluble dans l'eau (environ 0,0182 ml/g à 1 atm et 20 °C), mais bien soluble dans la plupart des métaux (Ni, Pt, Pa et autres), notamment dans le palladium (environ 850 volumes par volume de Pd). .

Cette dernière propriété est associée à sa capacité de diffusion, et la diffusion à travers un alliage de carbone (par exemple l'acier) peut s'accompagner de la destruction de l'alliage due à l'interaction de l'hydrogène avec le carbone (ce processus est appelé décarbonisation). A l'état liquide, la substance est très légère (densité - 0,0708 g/cm³ à t° = -253 °C) et fluide (viscosité - 13,8 spoise dans les mêmes conditions).

Dans de nombreux composés, cet élément présente une valence +1 (état d'oxydation), comme le sodium et d'autres métaux alcalins. Il est généralement considéré comme un analogue de ces métaux. En conséquence, il dirige le groupe I du système périodique. Dans les hydrures métalliques, l'ion hydrogène présente une charge négative (l'état d'oxydation est -1), c'est-à-dire que Na+H- a une structure similaire au chlorure de Na+Cl-. Conformément à cela et à d'autres faits (la similitude des propriétés physiques de l'élément « H » et des halogènes, la capacité de le remplacer par des halogènes dans les composés organiques), l'hydrogène est classé dans le groupe VII du système périodique.

Dans des conditions normales, l'hydrogène moléculaire a une faible activité, se combinant directement uniquement avec les non-métaux les plus actifs (avec le fluor et le chlore, ce dernier étant à la lumière). À son tour, lorsqu’il est chauffé, il interagit avec de nombreux éléments chimiques.

L'hydrogène atomique a une activité chimique accrue (par rapport à l'hydrogène moléculaire). Avec l'oxygène, il forme de l'eau selon la formule :

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

libérant 285,937 kJ/mol de chaleur ou 68,3174 kcal/mol (25 °C, 1 atm). Dans des conditions normales de température, la réaction se déroule plutôt lentement et à une température >= 550 °C, elle est incontrôlable. Les limites explosives d'un mélange hydrogène + oxygène en volume sont de 4 à 94 % H₂, et d'un mélange hydrogène + air sont de 4 à 74 % H₂ (un mélange de deux volumes de H₂ et d'un volume d'O₂ est appelé gaz détonant).

Cet élément est utilisé pour réduire la plupart des métaux, car il élimine l'oxygène des oxydes :

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O, etc.

L'hydrogène forme des halogénures d'hydrogène avec différents halogènes, par exemple :

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Cependant, lorsqu'il réagit avec le fluor, l'hydrogène explose (cela se produit également dans l'obscurité, à -252°C), avec le brome et le chlore, il ne réagit que lorsqu'il est chauffé ou éclairé, et avec l'iode, uniquement lorsqu'il est chauffé. Lors de l'interaction avec l'azote, de l'ammoniac se forme, mais uniquement sur un catalyseur, à des pressions et des températures élevées :

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.

Lorsqu'il est chauffé, l'hydrogène réagit activement avec le soufre :

H₂ + S = H₂S (sulfure d'hydrogène),

et bien plus difficile avec le tellure ou le sélénium. L'hydrogène réagit avec le carbone pur sans catalyseur, mais à haute température :

2H₂ + C (amorphe) = CH₄ (méthane).

Cette substance réagit directement avec certains métaux (alcalis, alcalino-terreux et autres), formant des hydrures, par exemple :

H₂ + 2Li = 2LiH.

Les interactions entre l’hydrogène et le monoxyde de carbone (II) revêtent une importance pratique considérable. Dans ce cas, en fonction de la pression, de la température et du catalyseur, différents composés organiques se forment : HCHO, CH₃OH, etc. Les hydrocarbures insaturés au cours de la réaction deviennent saturés, par exemple :

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

L'hydrogène et ses composés jouent un rôle exceptionnel en chimie. Il détermine les propriétés acides de ce qu'on appelle. les acides protiques ont tendance à former des liaisons hydrogène avec divers éléments, qui ont un effet significatif sur les propriétés de nombreux composés inorganiques et organiques.

Production d'hydrogène

Les principaux types de matières premières pour la production industrielle de cet élément sont les gaz de raffinage du pétrole, les combustibles naturels et les gaz de cokerie. Il est également obtenu à partir de l'eau par électrolyse (dans les endroits où l'électricité est disponible). L’une des méthodes les plus importantes pour produire des matériaux à partir du gaz naturel est l’interaction catalytique d’hydrocarbures, principalement du méthane, avec la vapeur d’eau (ce qu’on appelle la conversion). Par exemple:

CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.

Oxydation incomplète des hydrocarbures par l'oxygène :

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Le monoxyde de carbone (II) synthétisé subit une conversion :

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

L’hydrogène produit à partir du gaz naturel est le moins cher.

Pour l'électrolyse de l'eau, on utilise un courant continu qui traverse une solution de NaOH ou de KOH (les acides ne sont pas utilisés pour éviter la corrosion de l'équipement). Dans des conditions de laboratoire, le matériau est obtenu par électrolyse de l'eau ou par réaction entre l'acide chlorhydrique et le zinc. Cependant, le matériel d'usine prêt à l'emploi en cylindres est plus souvent utilisé.

Cet élément est isolé des gaz de raffinage du pétrole et des gaz de cokerie en éliminant tous les autres composants du mélange gazeux, car ils se liquéfient plus facilement lors d'un refroidissement profond.

Ce matériau a commencé à être produit industriellement à la fin du XVIIIe siècle. À l’époque, on s’en servait pour gonfler les ballons. À l’heure actuelle, l’hydrogène est largement utilisé dans l’industrie, principalement dans l’industrie chimique, pour la production d’ammoniac.

Les consommateurs massifs de cette substance sont les producteurs d'alcools méthyliques et autres, d'essence synthétique et de nombreux autres produits. Ils sont obtenus par synthèse à partir de monoxyde de carbone (II) et d'hydrogène. L'hydrogène est utilisé pour l'hydrogénation de combustibles liquides lourds et solides, de graisses, etc., pour la synthèse de HCl, l'hydrotraitement de produits pétroliers, ainsi que pour la découpe/soudage des métaux. Les éléments les plus importants pour l’énergie nucléaire sont ses isotopes : le tritium et le deutérium.

Rôle biologique de l'hydrogène

Environ 10 % de la masse des organismes vivants (en moyenne) provient de cet élément. Il fait partie de l’eau et des groupes les plus importants de composés naturels, notamment les protéines, les acides nucléiques, les lipides et les glucides. A quoi cela sert?

Ce matériau joue un rôle déterminant : dans le maintien de la structure spatiale des protéines (quaternaire), dans la mise en œuvre du principe de complémentarité des acides nucléiques (c'est-à-dire dans la mise en œuvre et le stockage de l'information génétique), et d'une manière générale dans la « reconnaissance » au niveau moléculaire. niveau.

L’ion hydrogène H+ participe à d’importantes réactions/processus dynamiques dans le corps. Y compris : dans l'oxydation biologique, qui fournit de l'énergie aux cellules vivantes, dans les réactions de biosynthèse, dans la photosynthèse des plantes, dans la photosynthèse bactérienne et la fixation de l'azote, dans le maintien de l'équilibre acido-basique et de l'homéostasie, dans les processus de transport membranaire. Avec le carbone et l’oxygène, il constitue la base fonctionnelle et structurelle des phénomènes vitaux.

Hydrogène

HYDROGÈNE-UN; m.Élément chimique (H), gaz léger, incolore et inodore qui se combine avec l'oxygène pour former de l'eau.

◁ L'hydrogène, oh, oh. Deuxièmes connexions. Bactéries B. 2ème bombe(une bombe au pouvoir destructeur énorme, dont l'action explosive est basée sur une réaction thermonucléaire). Hydrogène, oh, oh.

(lat. Hydrogénium), un élément chimique du groupe VII du tableau périodique. Il existe deux isotopes stables dans la nature (le protium et le deutérium) et un radioactif (le tritium). La molécule est diatomique (H 2). Gaz incolore et inodore ; densité 0,0899 g/l, t kip - 252,76°C. Se combine avec de nombreux éléments et forme de l'eau avec de l'oxygène. L'élément le plus commun du cosmos ; constitue (sous forme de plasma) plus de 70 % de la masse du Soleil et des étoiles, l'essentiel des gaz du milieu interstellaire et des nébuleuses. L'atome d'hydrogène fait partie de nombreux acides et bases, ainsi que de la plupart des composés organiques. Ils sont utilisés dans la production d'ammoniac, d'acide chlorhydrique, pour l'hydrogénation des graisses, etc., dans le soudage et le coupage des métaux. Un carburant prometteur (voir Hydrogène énergie).

HYDROGÈNE (lat. Hydrogenium), H, élément chimique de numéro atomique 1, masse atomique 1,00794. Le symbole chimique de l’hydrogène, H, se lit dans notre pays comme « mal », comme cette lettre est prononcée en français.
L'hydrogène naturel est constitué d'un mélange de deux nucléides stables (cm. NUCLIDE) avec des numéros de masse 1,007825 (99,985 % dans le mélange) et 2,0140 (0,015 %). De plus, l'hydrogène naturel contient toujours d'infimes quantités de nucléide radioactif - le tritium. (cm. TRITIUM) 3 N (demi-vie T 1/2 12,43 ans). Étant donné que le noyau d'un atome d'hydrogène ne contient qu'un seul proton (il ne peut y avoir moins de protons dans le noyau d'un atome d'un élément), on dit parfois que l'hydrogène forme la limite inférieure naturelle du système périodique d'éléments de D. I. Mendeleïev (bien que l'élément l'hydrogène lui-même se trouve dans la partie supérieure des tableaux). L'élément hydrogène est situé dans la première période du tableau périodique. Il est également classé dans le groupe 1 (métaux alcalins du groupe IA (cm. MÉTAUX ALCALIENS)), et au 7ème groupe (halogènes du groupe VIIA (cm. HALOGÈNE)).
Les masses atomiques des isotopes de l’hydrogène diffèrent très fortement (de plusieurs fois). Cela conduit à des différences notables dans leur comportement dans les processus physiques (distillation, électrolyse, etc.) et à certaines différences chimiques (les différences dans le comportement des isotopes d'un élément sont appelées effets isotopiques ; pour l'hydrogène, les effets isotopiques sont les plus significatifs). Par conséquent, contrairement aux isotopes de tous les autres éléments, les isotopes de l’hydrogène ont des symboles et des noms spéciaux. L'hydrogène avec un nombre de masse de 1 est appelé hydrogène léger, ou protium (latin Protium, du grec protos - premier), désigné par le symbole H, et son noyau est appelé proton (cm. PROTON (particule élémentaire)), symbole p. L'hydrogène de masse numéro 2 est appelé hydrogène lourd, deutérium (cm. DEUTÉRIUM)(latin Deutérium, du grec deuteros - seconde), les symboles 2 H, ou D (lire « de ») sont utilisés pour le désigner, le noyau d est le deutéron. Un isotope radioactif avec un nombre de masse de 3 est appelé hydrogène superlourd, ou tritium (latin Tritum, du grec tritos - troisième), symbole 2 H ou T (lire « ceux »), noyau t - triton.
Configuration de la couche électronique unique d'un atome d'hydrogène neutre non excité 1 s 1 . Dans les composés, il présente des états d'oxydation +1 et, moins fréquemment, –1 (valence I). Le rayon d'un atome d'hydrogène neutre est de 0,024 nm. L'énergie d'ionisation de l'atome est de 13,595 eV, l'affinité électronique est de 0,75 eV. Selon l'échelle de Pauling, l'électronégativité de l'hydrogène est de 2,20. L'hydrogène est un non-métal.
Sous sa forme libre, c'est un gaz légèrement inflammable, sans couleur, odeur ni goût.
Histoire de la découverte
La libération de gaz inflammables lors de l'interaction d'acides et de métaux a été observée aux XVIe et XVIIe siècles, à l'aube de la formation de la chimie en tant que science. Le célèbre physicien et chimiste anglais G. Cavendish (cm. CAVENDISH Henri) en 1766, il étudia ce gaz et l’appela « air inflammable ». Lorsqu'il est brûlé, « l'air inflammable » produit de l'eau, mais l'adhésion de Cavendish à la théorie du phlogistique (cm. PHLOGISTON) l'a empêché de tirer les bonnes conclusions. Chimiste français A. Lavoisier (cm. LAVOISIER Antoine Laurent) en collaboration avec l'ingénieur J. Meunier (cm. MENIER Jean Baptiste Marie Charles), à l'aide de gazomètres spéciaux, il réalise en 1783 la synthèse de l'eau, puis son analyse, en décomposant la vapeur d'eau au fer chaud. Ainsi, il a établi que « l’air combustible » fait partie de l’eau et peut en être extrait. En 1787, Lavoisier arrivait à la conclusion que « l’air combustible » est une substance simple, et fait donc partie des éléments chimiques. Il lui donna le nom d'hydrogène (du grec hydor - eau et gennao - je donne naissance) - « donner naissance à l'eau ». L’établissement de la composition de l’eau a mis fin à la « théorie du phlogistique ». Le nom russe « hydrogène » a été proposé par le chimiste M. F. Solovyov (cm. SOLOVIEV Mikhaïl Fedorovitch) en 1824. Au tournant des XVIIIe et XIXe siècles, il a été établi que l'atome d'hydrogène est très léger (comparé aux atomes d'autres éléments), et le poids (masse) de l'atome d'hydrogène a été pris comme unité de comparaison pour les masses atomiques des éléments. La masse de l’atome d’hydrogène a reçu la valeur 1.
Être dans la nature
L'hydrogène représente environ 1 % de la masse de la croûte terrestre (10e place parmi tous les éléments). L'hydrogène n'est pratiquement jamais trouvé sous sa forme libre sur notre planète (ses traces se trouvent dans les couches supérieures de l'atmosphère), mais dans le cadre de l'eau, il est distribué presque partout sur Terre. L'élément hydrogène fait partie des composés organiques et inorganiques des organismes vivants, du gaz naturel, du pétrole et du charbon. Il est bien entendu contenu dans l'eau (environ 11 % en poids), dans divers hydrates cristallins naturels et minéraux, qui contiennent un ou plusieurs groupes hydroxyles OH.
L'hydrogène en tant qu'élément domine l'Univers. Il représente environ la moitié de la masse du Soleil et des autres étoiles et est présent dans l’atmosphère de plusieurs planètes.
Reçu
L'hydrogène peut être produit de plusieurs manières. Dans l'industrie, on utilise à cet effet des gaz naturels, ainsi que des gaz issus du raffinage du pétrole, de la cokéfaction et de la gazéification du charbon et d'autres combustibles. Lors de la production d'hydrogène à partir de gaz naturel (le composant principal est le méthane), il subit une interaction catalytique avec la vapeur d'eau et une oxydation incomplète avec l'oxygène :
CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 et CH 4 + 1/2 O 2 = CO 2 + 2H 2
La séparation de l'hydrogène des gaz de cokerie et des gaz de raffinage du pétrole repose sur leur liquéfaction lors d'un refroidissement profond et sur l'élimination du mélange de gaz qui se liquéfient plus facilement que l'hydrogène. Lorsqu'une électricité bon marché est disponible, l'hydrogène est produit par électrolyse de l'eau en faisant passer du courant dans des solutions alcalines. Dans des conditions de laboratoire, l'hydrogène est facilement obtenu en faisant réagir des métaux avec des acides, par exemple le zinc avec de l'acide chlorhydrique.
Proprietes physiques et chimiques
Dans des conditions normales, l’hydrogène est un gaz incolore léger (densité dans des conditions normales 0,0899 kg/m3). Point de fusion –259,15 °C, point d'ébullition –252,7 °C. L'hydrogène liquide (au point d'ébullition) a une densité de 70,8 kg/m 3 et est le liquide le plus léger. Le potentiel d'électrode standard H 2 /H - dans une solution aqueuse est pris égal à 0. L'hydrogène est peu soluble dans l'eau : à 0 °C la solubilité est inférieure à 0,02 cm 3 / ml, mais il est très soluble dans certains métaux ( fer spongieux et autres), particulièrement bon - en métal palladium (environ 850 volumes d'hydrogène dans 1 volume de métal). La chaleur de combustion de l’hydrogène est de 143,06 MJ/kg.
Existe sous forme de molécules diatomiques H 2. La constante de dissociation de H 2 en atomes à 300 K est de 2,56·10 -34. L'énergie de dissociation de la molécule H 2 en atomes est de 436 kJ/mol. La distance internucléaire dans la molécule H 2 est de 0,07414 nm.
Puisque le noyau de chaque atome H faisant partie de la molécule a son propre spin (cm. ROTATION), alors l'hydrogène moléculaire peut se présenter sous deux formes : sous forme d'orthohydrogène (o-H 2) (les deux spins ont la même orientation) et sous forme de parahydrogène (n-H 2) (les spins ont des orientations différentes). Dans des conditions normales, l'hydrogène normal est un mélange de 75 % de o-H 2 et de 25 % de p-H 2. Les propriétés physiques du p- et du o-H 2 diffèrent légèrement les unes des autres. Ainsi, si le point d'ébullition de l'o-H 2 pur est de 20,45 K, alors le p-H 2 pur est de 20,26 K. La transformation de l'o-H 2 en p-H 2 s'accompagne du dégagement de 1418 J/mol de chaleur.
Il a été suggéré à plusieurs reprises dans la littérature scientifique qu'à haute pression (supérieure à 10 GPa) et à basse température (environ 10 K et moins), l'hydrogène solide, cristallisant généralement dans un réseau moléculaire hexagonal, peut se transformer en une substance aux propriétés métalliques, peut-être même un supraconducteur. Cependant, il n’existe jusqu’à présent aucune donnée claire sur la possibilité d’une telle transition.
La haute résistance de la liaison chimique entre les atomes de la molécule H2 (qui, par exemple, en utilisant la méthode de l'orbitale moléculaire, peut s'expliquer par le fait que dans cette molécule, la paire d'électrons est située dans l'orbitale de liaison et l'orbitale anti-liante est non occupé par des électrons) conduit au fait qu'à température ambiante, l'hydrogène gazeux est chimiquement inactif. Ainsi, sans chauffage, par simple mélange, l'hydrogène ne réagit (de manière explosive) qu'avec le fluor gazeux :
H 2 + F 2 = 2HF + Q.
Si un mélange d'hydrogène et de chlore est irradié avec de la lumière ultraviolette à température ambiante, on observe la formation immédiate de chlorure d'hydrogène HCl. La réaction de l'hydrogène avec l'oxygène se produit de manière explosive si un catalyseur, du palladium métallique (ou du platine), est ajouté au mélange de ces gaz. Lorsqu'il est enflammé, un mélange d'hydrogène et d'oxygène (le soi-disant gaz détonant (cm. GAZ SOUPLE)) explose et une explosion peut se produire dans des mélanges dont la teneur en hydrogène varie de 5 à 95 pour cent en volume. L'hydrogène pur dans l'air ou dans l'oxygène pur brûle silencieusement, libérant une grande quantité de chaleur :
H 2 + 1/2O 2 = H 2 O + 285,75 kJ/mol
Si l’hydrogène interagit avec d’autres non-métaux et métaux, ce n’est que sous certaines conditions (chauffage, haute pression, présence d’un catalyseur). Ainsi, l'hydrogène réagit de manière réversible avec l'azote à une pression élevée (20-30 MPa ou plus) et à une température de 300-400 °C en présence d'un catalyseur - le fer :
3H 2 + N 2 = 2NH 3 + Q.
De plus, uniquement lorsqu'il est chauffé, l'hydrogène réagit avec le soufre pour former du sulfure d'hydrogène H 2 S, avec le brome pour former du bromure d'hydrogène HBr, avec l'iode pour former de l'iodure d'hydrogène HI. L'hydrogène réagit avec le charbon (graphite) pour former un mélange d'hydrocarbures de compositions diverses. L'hydrogène n'interagit pas directement avec le bore, le silicium et le phosphore ; les composés de ces éléments avec l'hydrogène sont obtenus indirectement.
Lorsqu'il est chauffé, l'hydrogène est capable de réagir avec les métaux alcalins, alcalino-terreux et le magnésium pour former des composés avec une liaison ionique, qui contiennent de l'hydrogène à l'état d'oxydation –1. Ainsi, lorsque le calcium est chauffé dans une atmosphère d'hydrogène, un hydrure de type sel de composition CaH 2 se forme. L'hydrure d'aluminium polymère (AlH 3) x - l'un des agents réducteurs les plus puissants - est obtenu indirectement (par exemple, à l'aide de composés organoaluminium). Avec de nombreux métaux de transition (par exemple le zirconium, le hafnium, etc.), l'hydrogène forme des composés de composition variable (solutions solides).
L'hydrogène est capable de réagir non seulement avec de nombreuses substances simples, mais également avec des substances complexes. Tout d’abord, il faut noter la capacité de l’hydrogène à réduire de nombreux métaux de leurs oxydes (comme le fer, le nickel, le plomb, le tungstène, le cuivre, etc.). Ainsi, lorsqu'il est chauffé à une température de 400 à 450 °C et plus, le fer est réduit par l'hydrogène de l'un de ses oxydes, par exemple :
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.
Il convient de noter que seuls les métaux situés dans la série de potentiels standards derrière le manganèse peuvent être réduits à partir d'oxydes d'hydrogène. Les métaux plus actifs (y compris le manganèse) ne sont pas réduits en métal à partir d'oxydes.
L'hydrogène est capable d'ajouter une double ou triple liaison à de nombreux composés organiques (ce sont ce qu'on appelle des réactions d'hydrogénation). Par exemple, en présence d'un catalyseur au nickel, il est possible de réaliser l'hydrogénation de l'éthylène C 2 H 4, et de l'éthane C 2 H 6 se forme :
C 2 H 4 + H 2 = C 2 H 6.
Le méthanol est produit industriellement par la réaction du monoxyde de carbone (II) et de l'hydrogène :
2H 2 + CO = CH 3 OH.
Dans les composés dans lesquels un atome d'hydrogène est connecté à un atome d'un élément E plus électronégatif (E = F, Cl, O, N), des liaisons hydrogène se forment entre les molécules (cm. LIAISON HYDROGÈNE)(deux atomes E du même élément ou deux éléments différents sont reliés entre eux par l'atome H : E"... N... E"", et les trois atomes sont situés sur la même ligne droite). De telles liaisons existent entre les molécules d'eau, d'ammoniac, de méthanol, etc. et conduisent à une augmentation notable des points d'ébullition de ces substances, une augmentation de la chaleur d'évaporation, etc.
Application
L'hydrogène est utilisé dans la synthèse de l'ammoniac NH 3, du chlorure d'hydrogène HCl, du méthanol CH 3 OH, lors de l'hydrocraquage (craquage sous atmosphère d'hydrogène) d'hydrocarbures naturels, comme agent réducteur dans la production de certains métaux. Hydrogénation (cm. HYDROGÉNATION) Des huiles végétales naturelles sont utilisées pour obtenir de la graisse solide - la margarine. L’hydrogène liquide est utilisé comme carburant pour fusée et également comme liquide de refroidissement. Un mélange d’oxygène et d’hydrogène est utilisé en soudage.
À un moment donné, il a été suggéré que dans un avenir proche, la principale source de production d'énergie serait la réaction de combustion de l'hydrogène et que l'énergie hydrogène remplacerait les sources traditionnelles de production d'énergie (charbon, pétrole, etc.). On pensait qu’il serait possible d’utiliser l’électrolyse de l’eau pour produire de l’hydrogène à grande échelle. L'électrolyse de l'eau est un processus plutôt énergivore et il n'est actuellement pas rentable de produire de l'hydrogène par électrolyse à l'échelle industrielle. Mais on s'attendait à ce que l'électrolyse repose sur l'utilisation de chaleur à moyenne température (500-600 °C), présente en grande quantité lors du fonctionnement des centrales nucléaires. Cette chaleur a une utilisation limitée, et la possibilité de produire de l'hydrogène avec son aide résoudrait à la fois le problème environnemental (lorsque l'hydrogène est brûlé dans l'air, la quantité de substances nocives pour l'environnement produites est minime) et le problème de l'utilisation de la chaleur à moyenne température. Cependant, après la catastrophe de Tchernobyl, le développement de l’énergie nucléaire a été freiné partout, de sorte que cette source d’énergie est devenue indisponible. Par conséquent, les perspectives d’utilisation généralisée de l’hydrogène comme source d’énergie continuent d’évoluer au moins jusqu’au milieu du 21e siècle.
Caractéristiques du traitement
L'hydrogène n'est pas toxique, mais lors de sa manipulation, il faut constamment tenir compte de son risque élevé d'incendie et d'explosion, et le risque d'explosion de l'hydrogène est accru en raison de la grande capacité du gaz à se diffuser même à travers certains matériaux solides. Avant de commencer toute opération de chauffage dans une atmosphère d'hydrogène, vous devez vous assurer qu'elle est propre (lors de l'allumage de l'hydrogène dans un tube à essai retourné, le son doit être sourd et non aboyer).
Rôle biologique
L'importance biologique de l'hydrogène est déterminée par le fait qu'il fait partie des molécules d'eau et de tous les groupes de composés naturels les plus importants, notamment les protéines, les acides nucléiques, les lipides et les glucides. Environ 10 % de la masse des organismes vivants est constituée d’hydrogène. La capacité de l'hydrogène à former une liaison hydrogène joue un rôle déterminant dans le maintien de la structure spatiale quaternaire des protéines, ainsi que dans la mise en œuvre du principe de complémentarité. (cm. COMPLÉMENTAIRE) dans la construction et les fonctions des acides nucléiques (c'est-à-dire dans le stockage et la mise en œuvre de l'information génétique), en général dans la mise en œuvre de la « reconnaissance » au niveau moléculaire. L'hydrogène (ion H+) participe aux processus et réactions dynamiques les plus importants de l'organisme - à l'oxydation biologique, qui fournit de l'énergie aux cellules vivantes, à la photosynthèse des plantes, aux réactions biosynthétiques, à la fixation de l'azote et à la photosynthèse bactérienne, au maintien de l'acidité. équilibre de base et homéostasie (cm. HOMÉOSTASIE), dans les processus de transport membranaire. Ainsi, avec l’oxygène et le carbone, l’hydrogène constitue la base structurelle et fonctionnelle des phénomènes vitaux.

Dictionnaire encyclopédique. 2009 .

Voyez ce qu’est « hydrogène » dans d’autres dictionnaires :

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L'hydrogène H est un élément chimique, l'un des plus répandus dans notre Univers. La masse d'hydrogène en tant qu'élément entrant dans la composition des substances représente 75 % de la teneur totale des atomes d'autres types. Il fait partie du composé le plus important et le plus vital de la planète : l’eau. Une particularité de l’hydrogène est également qu’il est le premier élément du système périodique des éléments chimiques de D.I. Mendeleïev.

Découverte et exploration

La première mention de l’hydrogène dans les écrits de Paracelse remonte au XVIe siècle. Mais son isolement du mélange gazeux de l'air et l'étude des propriétés inflammables ont été réalisés dès le XVIIe siècle par le scientifique Lemery. L'hydrogène a été étudié en profondeur par un chimiste, physicien et naturaliste anglais qui a prouvé expérimentalement que la masse de l'hydrogène est la plus petite en comparaison avec d'autres gaz. Au cours des étapes ultérieures du développement de la science, de nombreux scientifiques ont travaillé avec lui, en particulier Lavoisier, qui l'a surnommé « le donneur de l'eau ».

Caractéristiques par poste en PSHE

L'élément qui ouvre le tableau périodique de D.I. Mendeleev est l'hydrogène. Les propriétés physiques et chimiques de l'atome montrent une certaine dualité, puisque l'hydrogène est à la fois classé comme appartenant au premier groupe, le sous-groupe principal, s'il se comporte comme un métal et cède un seul électron au cours d'une réaction chimique, et au septième - en cas de remplissage complet de la coque de valence, c'est-à-dire d'acceptation particule négative, ce qui la caractérise comme similaire aux halogènes.

Caractéristiques de la structure électronique de l'élément

Les propriétés des substances complexes dans lesquelles il est inclus, ainsi que de la substance la plus simple H2, sont principalement déterminées par la configuration électronique de l'hydrogène. La particule possède un électron avec Z= (-1), qui tourne sur son orbite autour d'un noyau contenant un proton de masse unitaire et de charge positive (+1). Sa configuration électronique s’écrit 1s 1, ce qui signifie la présence d’une particule négative dans la toute première et unique orbitale s pour l’hydrogène.

Lorsqu'un électron est retiré ou abandonné et qu'un atome de cet élément a une propriété telle qu'il est lié aux métaux, un cation est obtenu. Essentiellement, l’ion hydrogène est une particule élémentaire positive. Par conséquent, l’hydrogène privé d’un électron est simplement appelé un proton.

Propriétés physiques

Pour décrire brièvement l'hydrogène, il s'agit d'un gaz incolore et légèrement soluble avec une masse atomique relative de 2, 14,5 fois plus légère que l'air, avec une température de liquéfaction de -252,8 degrés Celsius.

Par expérience, vous pouvez facilement vérifier que H 2 est le plus léger. Pour ce faire, il suffit de remplir trois boules de substances diverses - hydrogène, dioxyde de carbone, air ordinaire - et de les libérer simultanément de votre main. Celui rempli de CO 2 atteindra le sol le plus rapidement, après lui celui gonflé avec le mélange d'air descendra et celui contenant H 2 montera jusqu'au plafond.

La petite masse et la petite taille des particules d'hydrogène justifient sa capacité à pénétrer diverses substances. En prenant l'exemple du même ballon, il est facile de le vérifier : au bout de quelques jours, il se dégonflera tout seul, puisque le gaz passera simplement à travers le caoutchouc. L'hydrogène peut également s'accumuler dans la structure de certains métaux (palladium ou platine) et s'évaporer lorsque la température augmente.

La propriété de faible solubilité de l'hydrogène est utilisée dans la pratique en laboratoire pour l'isoler en déplaçant l'hydrogène (le tableau ci-dessous contient les principaux paramètres) afin de déterminer la portée de son application et ses méthodes de production.

Composition isotopique

Comme beaucoup d'autres représentants du système périodique des éléments chimiques, l'hydrogène possède plusieurs isotopes naturels, c'est-à-dire des atomes avec le même nombre de protons dans le noyau, mais un nombre différent de neutrons - des particules de charge nulle et de masse unitaire. Des exemples d'atomes ayant une propriété similaire sont l'oxygène, le carbone, le chlore, le brome et d'autres, y compris les atomes radioactifs.

Les propriétés physiques de l'hydrogène 1H, le plus courant des représentants de ce groupe, diffèrent considérablement des mêmes caractéristiques de ses homologues. En particulier, les caractéristiques des substances qu'ils contiennent diffèrent. Ainsi, il existe de l'eau ordinaire et deutérée, qui contient, au lieu d'un atome d'hydrogène avec un seul proton, du deutérium 2 H - son isotope avec deux particules élémentaires : positive et non chargée. Cet isotope est deux fois plus lourd que l’hydrogène ordinaire, ce qui explique la différence spectaculaire dans les propriétés des composés qu’il compose. Dans la nature, le deutérium est 3 200 fois moins fréquent que l’hydrogène. Le troisième représentant est le tritium 3H ; il possède deux neutrons et un proton dans son noyau.

Méthodes de production et d'isolement

Les méthodes de laboratoire et industrielles sont très différentes. Ainsi, le gaz est produit en petites quantités principalement par des réactions impliquant des substances minérales, tandis que la production à grande échelle fait davantage appel à la synthèse organique.

Les interactions chimiques suivantes sont utilisées en laboratoire :

À des fins industrielles, le gaz est produit par les méthodes suivantes :

1. Décomposition thermique du méthane en présence d'un catalyseur en substances simples qui le constituent (la valeur d'un indicateur tel que la température atteint 350 degrés) - hydrogène H2 et carbone C.
2. Faire passer de l'eau vapeur à travers du coke à 1 000 degrés Celsius pour former du dioxyde de carbone CO 2 et H 2 (la méthode la plus courante).
3. Conversion du méthane sur un catalyseur au nickel à des températures atteignant 800 degrés.
4. L'hydrogène est un sous-produit de l'électrolyse de solutions aqueuses de chlorures de potassium ou de sodium.

Interactions chimiques : dispositions générales

Les propriétés physiques de l’hydrogène expliquent en grande partie son comportement dans les processus de réaction avec un composé particulier. La valence de l'hydrogène est de 1, car il se situe dans le premier groupe du tableau périodique et le degré d'oxydation varie. Dans tous les composés, à l'exception des hydrures, l'hydrogène en d.o. = (1+), dans les molécules de type CN, CN 2, CN 3 - (1-).

La molécule d'hydrogène gazeux, formée en créant une paire d'électrons généralisée, est constituée de deux atomes et est énergétiquement assez stable, c'est pourquoi, dans des conditions normales, elle est quelque peu inerte et réagit lorsque les conditions normales changent. Selon le degré d'oxydation de l'hydrogène dans la composition d'autres substances, il peut agir à la fois comme agent oxydant et comme agent réducteur.

Substances avec lesquelles l'hydrogène réagit et se forme

Interactions élémentaires pour former des substances complexes (souvent à des températures élevées) :

1. Métal alcalin et alcalino-terreux + hydrogène = hydrure.
2. Halogène + H 2 = halogénure d'hydrogène.
3. Soufre + hydrogène = sulfure d'hydrogène.
4. Oxygène + H 2 = eau.
5. Carbone + hydrogène = méthane.
6. Azote + H 2 = ammoniac.

Interaction avec des substances complexes :

1. Production de gaz de synthèse à partir de monoxyde de carbone et d'hydrogène.
2. Réduction des métaux de leurs oxydes à l'aide de H 2.
3. Saturation en hydrogène des hydrocarbures aliphatiques insaturés.

Liaison hydrogène

Les propriétés physiques de l'hydrogène sont telles qu'elles lui permettent, lorsqu'il est combiné avec un élément électronégatif, de former un type spécial de liaison avec le même atome à partir de molécules voisines possédant des paires d'électrons libres (par exemple, l'oxygène, l'azote et le fluor). L’exemple le plus clair dans lequel il est préférable de considérer ce phénomène est celui de l’eau. On peut dire qu'il est cousu de liaisons hydrogène, qui sont plus faibles que les liaisons covalentes ou ioniques, mais du fait de leur nombre, elles ont un impact significatif sur les propriétés de la substance. Essentiellement, la liaison hydrogène est une interaction électrostatique qui lie les molécules d’eau en dimères et polymères, donnant lieu à son point d’ébullition élevé.

L'hydrogène dans les composés minéraux

Tous contiennent un proton – un cation d’un atome tel que l’hydrogène. Une substance dont le résidu acide a un état d’oxydation supérieur à (-1) est appelée un composé polybasique. Il contient plusieurs atomes d'hydrogène, ce qui rend la dissociation dans les solutions aqueuses en plusieurs étapes. Chaque proton suivant devient de plus en plus difficile à éliminer du résidu acide. L'acidité du milieu est déterminée par la teneur quantitative en hydrogène du milieu.

Application aux activités humaines

Les bouteilles contenant la substance, ainsi que les conteneurs contenant d'autres gaz liquéfiés, tels que l'oxygène, ont une apparence spécifique. Ils sont peints en vert foncé avec le mot « Hydrogène » écrit en rouge vif. Le gaz est pompé dans une bouteille sous une pression d'environ 150 atmosphères. Les propriétés physiques de l'hydrogène, notamment la légèreté de l'état d'agrégation gazeux, sont utilisées pour remplir des ballons, des ballons, etc., mélangés à de l'hélium.

L’hydrogène, dont les propriétés physiques et chimiques ont appris à utiliser il y a de nombreuses années, est actuellement utilisé dans de nombreuses industries. La majeure partie est destinée à la production d’ammoniac. L'hydrogène participe également aux oxydes (hafnium, germanium, gallium, silicium, molybdène, tungstène, zirconium et autres), agissant dans la réaction comme agent réducteur, aux acides cyanhydrique et chlorhydrique, ainsi qu'au carburant liquide artificiel. L’industrie agroalimentaire l’utilise pour transformer les huiles végétales en graisses solides.

Les propriétés chimiques et l'utilisation de l'hydrogène dans divers processus d'hydrogénation et d'hydrogénation de graisses, de charbons, d'hydrocarbures, d'huiles et de fioul ont été déterminées. Il est utilisé pour produire des pierres précieuses, des lampes à incandescence et pour forger et souder des produits métalliques sous l'influence d'une flamme oxygène-hydrogène.

L’hydrogène est un élément spécial qui occupe deux cellules à la fois dans le tableau périodique de Mendeleïev. Il se situe dans deux groupes d’éléments ayant des propriétés opposées, et cette caractéristique le rend unique. L'hydrogène est une substance simple et fait partie intégrante de nombreux composés complexes ; c'est un élément organogène et biogénique. Il vaut la peine de se familiariser en détail avec ses principales caractéristiques et propriétés.

L'hydrogène dans le tableau périodique de Mendeleïev

Les principales caractéristiques de l'hydrogène indiquées dans :

• le numéro de série de l'élément est 1 (il y a le même nombre de protons et d'électrons) ;
• la masse atomique est de 1,00795 ;
• l'hydrogène possède trois isotopes, chacun ayant des propriétés particulières ;
• en raison du contenu d'un seul électron, l'hydrogène est capable de présenter des propriétés réductrices et oxydantes, et après avoir donné un électron, l'hydrogène a une orbitale libre qui participe à la formation de liaisons chimiques selon le mécanisme donneur-accepteur ;
• l'hydrogène est un élément léger de faible densité ;
• l'hydrogène est un agent réducteur puissant, il ouvre le groupe des métaux alcalins du premier groupe au sous-groupe principal ;
• Lorsque l'hydrogène réagit avec des métaux et d'autres agents réducteurs puissants, il accepte leur électron et devient un agent oxydant. Ces composés sont appelés hydrures. Selon cette caractéristique, l'hydrogène appartient classiquement au groupe des halogènes (dans le tableau il est donné ci-dessus le fluor entre parenthèses), avec lequel il s'apparente.

L'hydrogène comme substance simple

L'hydrogène est un gaz dont la molécule est composée de deux. Cette substance a été découverte en 1766 par le scientifique britannique Henry Cavendish. Il a prouvé que l'hydrogène est un gaz qui explose lorsqu'il réagit avec l'oxygène. Après avoir étudié l’hydrogène, les chimistes ont découvert que cette substance est la plus légère de toutes connue de l’homme.

Un autre scientifique, Lavoisier, a donné à l’élément le nom « hydrogénium », qui signifie en latin « donner naissance à l’eau ». En 1781, Henry Cavendish démontra que l’eau est une combinaison d’oxygène et d’hydrogène. En d’autres termes, l’eau est le produit de la réaction de l’hydrogène avec l’oxygène. Les propriétés inflammables de l'hydrogène étaient connues des scientifiques anciens : les archives correspondantes ont été laissées par Paracelse, qui a vécu au XVIe siècle.

L'hydrogène moléculaire est un composé gazeux naturel, commun dans la nature, composé de deux atomes et lorsqu'il est amené à la surface d'un éclat en feu. Une molécule d'hydrogène peut se désintégrer en atomes qui se transforment en noyaux d'hélium, car ils sont capables de participer à des réactions nucléaires. De tels processus se produisent régulièrement dans l’espace et sur le Soleil.

L'hydrogène et ses propriétés physiques

L'hydrogène a les paramètres physiques suivants :

• bout à -252,76 °C ;
• fond à -259,14 °C ; *dans les limites de température spécifiées, l'hydrogène est un liquide inodore et incolore ;
• L'hydrogène est légèrement soluble dans l'eau ;
• l'hydrogène peut théoriquement se transformer en un état métallique si des conditions particulières sont réunies (basses températures et haute pression) ;
• l'hydrogène pur est une substance explosive et inflammable ;
• l'hydrogène est capable de diffuser à travers l'épaisseur des métaux, il s'y dissout donc bien ;
• l'hydrogène est 14,5 fois plus léger que l'air ;
• À haute pression, des cristaux d’hydrogène solide ressemblant à de la neige peuvent être obtenus.

Propriétés chimiques de l'hydrogène

Méthodes de laboratoire :

• interaction des acides dilués avec des métaux actifs et des métaux d'activité intermédiaire ;
• hydrolyse d'hydrures métalliques;
• réaction des métaux alcalins et alcalino-terreux avec l'eau.

Composés hydrogènes :

Halogénures d'hydrogène ; composés hydrogènes volatils de non-métaux; les hydrures; les hydroxydes; hydroxyde d'hydrogène (eau); peroxyde d'hydrogène; composés organiques (protéines, graisses, hydrocarbures, vitamines, lipides, huiles essentielles, hormones). Cliquez pour voir des expériences sûres pour étudier les propriétés des protéines, des graisses et des glucides.

Pour récupérer l’hydrogène produit, vous devez tenir le tube à essai à l’envers. L’hydrogène ne peut pas être collecté comme le dioxyde de carbone, car il est beaucoup plus léger que l’air. L'hydrogène s'évapore rapidement et lorsqu'il est mélangé à l'air (ou en grandes accumulations), il explose. Il est donc nécessaire d’inverser le tube à essai. Immédiatement après le remplissage, le tube est fermé par un bouchon en caoutchouc.

Pour tester la pureté de l'hydrogène, vous devez placer une allumette allumée sur le col du tube à essai. Si un bruit sourd et silencieux se produit, le gaz est propre et les impuretés de l’air sont minimes. Si le coton est bruyant et siffle, le gaz contenu dans le tube à essai est sale et contient une grande proportion de composants étrangers.

Attention! N'essayez pas de répéter ces expériences vous-même !