Quelles sont les propriétés de l'hydrogène?
Parmi les propriétés de l'hydrogène, il y a le fait que, dans son état naturel sur Terre, il s'agit d'un gaz incolore, inodore et extrêmement inflammable. C'est l'élément le plus léger connu dans la nature, absorbant en moyenne 75% de toute la masse de l'univers sous forme d'étoiles, de planètes et d'autres objets stellaires. L'hydrogène est également essentiel pour toute la vie sur Terre, où il représente 14% de la matière vivante en poids, car il forme facilement des liens avec l'oxygène pour créer de l'eau et du carbone afin de créer les molécules qui constituent la base sur laquelle reposent les structures vivantes et la plupart des molécules organiques. sont construits.
Alors que la forme la plus abondante d’hydrogène est le protium, où il n’ya qu’un proton dans son noyau atomique et un électron en orbite autour du noyau, il existe également deux autres isotopes de l’hydrogène. Le protium représente 99,985% de tout l’hydrogène naturel et le deutérium, près de 0,015%, ayant à la fois un proton et un neutron dans le noyau de l’atome, ce qui lui confère une masse deux fois supérieure à celle du protium. Le tritium est la troisième forme d'hydrogène, qui est extrêmement rare dans la nature, mais peut être produite artificiellement. Il est instable et présente une désintégration radioactive avec une demi-vie de 12,32 ans. Il possède deux neutrons dans le noyau de l'atome pour un proton. Il s'agit d'un composé clé produit et utilisé dans les armes à la bombe à hydrogène pour améliorer leur rendement, ainsi que dans la production d'énergie de fission nucléaire et dans la recherche sur la fusion nucléaire.
Les propriétés chimiques de l'hydrogène, avec un seul électron en orbite, le conduisent à devenir un élément hautement réactif qui forme des liaisons avec de nombreux autres éléments. À l'état naturel dans l'atmosphère, il se lie à un autre atome d'hydrogène, comme l'oxygène, pour former H2. Les molécules H2 peuvent également être uniques en fonction du spin de leurs noyaux, les molécules de H2 où les deux noyaux tournent dans la même direction étant appelées orthohydrogène, et celles ayant des spins opposés appelés parahydrogènes. L'orthohydrogène est la forme la plus commune d'H 2 à la pression atmosphérique et à la température normales sous forme de gaz, mais, lorsqu'il est refroidi à l'état liquide, comme pour le carburant pour fusée, l'orthohydrogène se transforme en parahydrogène.
Les propriétés physiques de l'hydrogène et son abondance généralisée sur la terre et dans les océans de la Terre en font un domaine de recherche important en tant que source de carburant pratiquement illimitée. Toutes les formes de carburants d'origine fossile et d'alcools tels que l'essence, le gaz naturel et l'éthanol sont composées de chaînes d'hydrocarbures où l'hydrogène, le carbone et parfois l'oxygène sont liés. Séparer l'hydrogène pur en tant que source de combustible abondante et à combustion propre est facilement réalisable, mais la force nécessaire pour rompre l'hydrogène sans liaisons chimiques et le refroidir pour le stockage prend souvent plus d'énergie que l'hydrogène pur ne peut en générer. Pour cette raison, les propriétés de l'hydrogène signifient que ses utilisations les plus courantes sont les liaisons chimiques avec d'autres éléments.
Les recherches sur la production d'énergie de fusion s'appuient également sur les propriétés chimiques des composés de l'hydrogène, le deutérium et le tritium. Les propriétés de l'hydrogène utilisé par toutes les étoiles fusionnent des atomes d'hydrogène sous une pression intense afin de libérer de l'hélium et de l'énergie sous forme de lumière et de chaleur. Des pressions similaires sont générées dans des installations de recherche utilisant des champs magnétiques puissants, des lasers à confinement inertiel ou des impulsions électriques aux États-Unis, en Europe et au Japon.
Lors de la fusion d'atomes d'hydrogène, un atome d'hélium est créé, qui transporte 20% de l'énergie excédentaire issue du processus et 80% de l'énergie transportée par un neutron libre. Cette énergie ou cette chaleur neutronique est ensuite absorbée par un fluide pour créer de la vapeur et alimenter une turbine afin de produire de l'électricité. Cependant, le processus reste expérimental à partir de 2011. Cela est dû aux pressions énormes qu’il faut maintenir pour fusionner les atomes d’hydrogène de façon continue et pour créer des machines capables de supporter des températures produites par la fusion atteignant 212 000 000 ° Fahrenheit (100 000 000 ° C). ).