Idrogèn

|-
| Densitat || (0&nbsp;°C) 0,0899 g/L

|-
| Temperatura critica || 32,19 K
|-
| Pression critica || 1,315 MPa
|-
| Densitat critica || 30,12 g/L

L’**idrogèn** es l'element quimic de numèro atomic 1 e de simbòl **H**. Element pus leugier de la classificacion periodica, son isotòp pus frequent es unicament consituït d'un proton e d'un electron. Representa 75 % de la matèria barionica, es a dire de la matèria visibla de l'Univèrs, e es lo compausant principau deis estelas, dei nívols de gas interstellars e dei planetas gigantas.

Dins lei condicions normalas de temperatura e de pression, l'idrogèn se presenta generalament sota la forma de diidrogèn H2. Es un gas incolòr, inodòr, insipid, non toxic e non metallic que pòu reagir violentament amb lo dioxigèn contengut dins l'aire. L'idrogèn atomic es rar dins lei condicions terrèstras, mai l'idrogèn ionizat es frequent dins lei jaç auts de l'atmosfèra. En revènge, l'idrogèn elementari compausa la màger part dei nívols de gas interstellars.

L'idrogèn intra dins la composicion de mai d'una substància quimica. La pus coneguda es probablament l'aiga qu'es formada per un atòm d'oxigèn e dos atòms d'idrogèn. Pasmens, es egalament un dei dos constituents majors, amb lo carbòni, de totei lei moleculas organicas e leis ions idrogèn H+ son lo supòrt de la màger part dei reaccions acidobasicas observablas dins la vida vidanta. Enfin, leis idrurs son una familha de compausats que tènon un ròtle important en sintèsi.

## Istòria

### La descubèrta de l'idrogèn

La mencion pus anciana de l'observacion d'una emanacion de diidrogèn foguèt l'òbra de l'alquimista Paracelse (1493-1541). Èra lo resultat de la reaccion entre una solucion d'òli de vitriòu e una mòstra de pouvera de fèrre. Pasmens, se s'interroguèt sus la natura dau gas produch, foguèt pas capable de'n comprendre la natura. Durant lei sègles seguents, d'experiéncias similaras foguèron menadas per de quimistas coma Robert Boyle (1627-1691) e Nicolas Lémery (1645-1715) depintèt l'inflammacion dau diidrogèn dins son *Cours de chymie* publicat en 1675.

La descubèrta de l'idrogèn es generalament atribuïda au quimista anglés Henry Cavendish (1731-1810) que tornèt realizar leis experiéncias de Paracelse amb plusors metaus diferents. En 1765, descurbiguèt que lo gas produch es diferent de l'aire, inflamable e d'una densitat pus febla. O diguèt *inflammable air* (« aire inflamable ») e identifiquèt l'aiga coma lo produch de sa combustion. Antoine Lavoisier (1743-1794) confiermèt aquelei resultats e prepausèt lo mot idrogèn per remplaçar l'expression « aire inflamable ». En 1787, o classèt coma un element quimic distint e lo tèrme idrogèn se difusèt au sen de la comunautat scientifica gràcias au succès de sei trabalhs.

### Lo ròtle de l'idrogèn dins lo desvolopament de la teoria quantica

En causa de son estructura atomica simpla, un proton e un electron per son isotòp pus leugier e pus frequent, l'atòm d'idrogèn aguèt un ròtle major dins lo desvolopament de la teoria atomica modèrna. Per exemple, en 1913, Niels Bohr (1885-1962) l'utilizèt per illustrar son modèl atomic. Lei fisicians seguents foguèron obligats de l'imitar e es sempre lo cas a l'ora d'ara. D'efiech, es possible de calcular d'un biais precís leis eqüacions de Schrödinger per leis atòms idrogenoïds, mai per leis atòms pus complèxes, es unicament possible d'obtenir una estimacion.

### Leis autrei descubèrtas sus l'idrogèn

[thumb|right|Lançaire espaciau [Delta IV Heavy propulsat per una reaccion de combustion entre lo diidrogèn liquid e lo dioxigèn liquid.]]

Dempuei sa descubèrta, l'idrogèn es l'objècte de recèrcas dins mai d'un domeni. D'efiech, tre lo sègle XIX, apareguèt coma un dei dos elements majors de la quimia organica amb lo carbòni. En particular, certanei reaccions, coma la desidrogenacion ò l'idrogenacion, necessitèron de determinar lei proprietats quimicas de l'idrogèn. Pasmens, leis estudis se limitèron pas a la sintèsi de moleculas organicas e l'idrogèn foguèt fòrça estudiat :
* dins lei pilas de combustible onte de reductors idrogenats (diidrogèn, idrurs...) son utilizats coma combustible per produrre d'electricitat a partir d'una reaccion amb un oxidant (generalament lo dioxigèn).
* dins lo transpòrt onte lei veïculs utilizant d'idrogèn son nombrós e divèrs. Avans la Segonda Guèrra Mondiala, lo diidrogèn èra fòrça utilizat dins lei balons dirigibles, mai l'accident dau *[[LZ 129 Hindenburg|Hindenburg]]* en 1937 mostrèt lo perilh representant per un gas tant inflamable dins lo transpòrt. Après 1945, l'idrogèn interessèt l'industria aeronautica per construrre de motors destinadas a de lançaires espaciaus pesucs coma la Saturn V estatsunidenca. Enfin, dempuei la fin dau sègle XX, l'idrogèn es estudiat per concebre de pilas de combustible adaptadas a la propulsion automobila.
* dins lo domeni nuclear, leis aplicacions dau deutèri e dau triti foguèron descubèrtas a partir deis ans 1930. Lo premier foguèt adoptat coma moderator dins de reactors nuclears. En parallèl, foguèt descubèrt lo fenomèn de ressonància magnetica nucleara que venguèt la basa d'una tecnologia d'imatjariá medicala permetent d'obtenir de vistas precisas de l'interior dau còrs uman d'un biais non invasiu. Lo triti foguèt principalament estudiat per concebre d'armas nuclearas. Uei, es tanben l'objècte de recèrcas per desvolopar de reactors de fusion nucleara.
En parallèl, divèrsei procès foguèron desvolopats per produrre de diidrogèn. Lo premier procès industriau foguèt aqueu de la gasificacion dau carbòni qu'èra conegut dempuei lo sègle XVII. Durant lo sègle XIX, foguèt fòrça desvolopat per produrre lo gas necessari a l'esclairatge public. Pasmens, es una tecnica fòrça polluenta e leis installacions de fabricacion èran perilhosas. Se lo procès es donc totjorn utilizat a l'ora d'ara, foguèt largament remplaçat per lo vaporeformatge dau metan realizat dins d'usinas destinadas a tractar lo gas naturau ò lo biometan. Enfin, divèrsei procès petroquimics produson de quantitats importantas de diidrogèn. En revènge, l'electrolisi de l'aiga es demorada un procès marginau en causa de son importanta consumacion d'electricitat. Uei, divèrsei recèrcas assaian de produrre un idrogèn « verd » per alimentar de pilas de combustible de motor electric ò dei carburants a basa de diidrogèn.

## Proprietats fisicoquimicas

### Proprietats atomicas

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

#### L'idrogèn elementari e ionizat

[thumb|right|La [Nebulosa d'Orion, un exemple de nívol d'idrogèn ionizat.]]

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. Dins lei regions de formacion d'estelas, aquel idrogèn pòu s'ionizar e venir visible.

#### Lo diidrogèn

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. A l'estat naturau, es una mescla de dos isomèrs, dichs ortoidrogèn e paraidrogèn, aguent d'estructuras diferentas. 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. Lei reaccions son tanben aisadas amb leis alogèns per formar d'idracids, amb l'oxigèn, amb lo soupre, amb lo monoxid de carbòni (en preséncia de niquèl per formar de metan), 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. 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

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. 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

L'idrogèn triatomic es una forma allotropica rara qu'es fòrça instabla.

### Occuréncia

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. Es present en quantitats importantas dins leis estelas, dins lei planetas gasosas e dins lei nívols de gas interstellars.

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 %). 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. 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.

### Isotòpia

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

### Lei reaccions acidobasicas

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

[thumb|right|Representacion d'una liason idrogèn entre doas moleculas d'[aiga.]]

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. 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

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

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.

## Produccion e utilizacion

### Produccion

#### Lo diidrogèn naturau

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

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 % :
:\mathrm C_n\mathrm H_m + 2n\;\mathrm H_2\mathrm O \longrightarrow (\frac{m}{2} +2n )\;\mathrm H_2 + n\; \mathrm{CO}_2
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.

D'autrei metòdes de produccion existisson coma l'electrolisi de l'aiga, la reaccion d'un acid amb un metau ò la reaccion entre l'idroxid de sòdi e l'alumini. Economicament pas rendables, son utilizats en laboratòri ò per d'aplicacions industrialas fòrça precisas.

### Leis utilizacions principalas de l'idrogèn

thumb|right|Motor d'idrogèn experimentau destinat a una veitura.

Au començament deis ans 2020, la consumacion mondiala de diidrogèn èra d'aperaquí 100 milions de tonas per an. La màger part de la produccion èra destinada a la sintèsi de l'amoniac segon lo procès Haber (50 %), a la transformacion e a la desulfuracion deis idrocarburs (37 %) e a la sintèsi dau metanòl (12 %). Lo diidrogèn es ansin una matèria premiera de premiera importància dins l'industria quimica.

Lo deutèri e lo triti an d'utilizacions particularas. Lo premier es un moderator present dins plusors tipes de reactors nuclears. Lo segond es mai que mai destinat a la fabricacion d'armas nuclearas. Aquelei dos isotòps son tanben utilizats dins de reaccions de fusion nucleara experimentala en vista de desvolopar de projècte de fusion nucleara contrarotlada.

## Toxicologia e seguretat

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. 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.

## Annèxas

### Liames intèrnes

* Aiga pesuga.
* Atòm idrogenoïd.
* Deutèri.
* Diidrogèn.
* Diidrogèn natiu.
* Element quimic.
* Fusion nucleara.
* Haber (procès).
* Idrogèn liquid.
* Idrogèn metallic.
* Idrogèn triatomic.
* Ion idrur.
* Isotòps de l'idrogèn.
* Pila de combustible.
* Proti.
* Reaccions acidobasicas.
* Tecnologias de l'idrogèn.
* Triti.


### Bibliografia

**Donadas sus leis isotòps de l'idrogèn :**
* **[[anglés|(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.
* **[[anglés|(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.

**Donadas toxicologicas :**
* **[[francés|(fr)]]** INRS, « Hydrogène - Fiche toxicologique n°326 », consultada lo 8 d'aost de 2024.

### Nòtas e referéncias