Hydrogène

Hydrogène

L’Hydrogène a été isolé pour la première fois par Cavendish en faisant réagir de l’acide sulfurique sur du fer, selon la réaction :

            Fe  +  H2SO4  (fleche)  H2  +  FeSO4

Aujourd’hui on peut le préparer en laboratoire par la même réaction acide + métal, mais on préfère souvent la réaction entre le zinc et l’acide chlorhydrique, selon :

Zn  +  2 HCl  (fleche)  H2  +  ZnCl2

Dans l’industrie on le prépare à partir du gaz naturel ou méthane CH4. Mélangé à de la vapeur d’eau et envoyée dans un tube chauffé à 700 °C et rempli de nickel, il se produit une réaction endothermique, dite de Sabatier inverse, à savoir :

            CH4  +  H2O  (fleche)  CO  +  3 H2

Pour éliminer le gaz toxique CO du mélange obtenu, on l’envoie dans un tube chauffé à  température relativement basse de 350 °C rempli de catalyseur Fe2O3, ce qui produit la réaction exothermique :

            CO  +  H2O   (fleche)  CO2  +  H2

On dissout sans peine CO2 dans l’eau.

La plus importante réaction de H2 est la combustion avec l’oxygène O2, qui produit de l’eau et dégage beaucoup d’énergie. La flamme H2+O2 peut atteindre 3000 °C. Mais on peut aussi réaliser cette réaction dans les piles à hydrogène, de manière à produire de l’énergie électrique sans dégager beaucoup de chaleur, et en formant de l’eau comme seul déchet.

L’atome H est le plus simple de tous. Son noyau ne contient qu’un seul proton, autour duquel gravite un électron. L’atome H se combine à de nombreux éléments et forme des hydrures. Avec les éléments de la 1ère période, il se forme LiH, MgH2, B2H6, CH4, NH3, H2O, HF. Il vaut la peine de relever que le 3ème atome, le Bore, ne forme pas BH3 comme on s’y attendrait, mais B2H6, phénomène que la théorie a de la peine à expliquer. Signalons aussi que la fabrication de NH3 est la plus importante application industrielle du gaz H2. Comprimé à plus de 200 bars, le mélange N2 et H2 réagit vers 550 °C. en formant de l’ammoniaque NH3.

Il existe deux formes de molécules H2, selon que les noyaux (protons) tournent dans le même sens (forme ortho) ou en sens inverse (forme para) l’un par rapport à l’autre. Bien que ces deux variétés aient les mêmes propriétés chimiques, ils n’ont pas les mêmes propriétés physiques. Le para est plus difficile à échauffer que l’ortho. A température ordinaire, H2 est formé de 75 % de ortho-H2 et de 25 % de para-H2. Par contre, dans H2 liquide (-253 °C = 20 K), la forme stable est le para-H2. La transformation para-ortho est endothermique, et catalysée par le charbon de bois.

Les principaux composés de l’Hydrogène sont les acides, les hydroxydes, et les composés organiques.  Les acides sont des composés qui libèrent dans l’eau des ions H+ (ou protons) lesquels se fixent sur l’eau pour faire des ions H3O+. Les hydroxydes sont des composés qui dans l’eau libèrent des ions OH- , lesquels peuvent  réagir avec les acides, leur arracher un H+ et former de l’eau. Le reste de l’acide et le reste de l’hydroxyde s’unissent pour former ce qu’on appelle un sel. Cette réaction, dite neutralisation, est un cas particulier d’un type de réactions plus générales, qu’on appelle les transferts de proton.

 

 

Modifié le: mardi 12 avril 2016, 13:40