Hydrogène – 1er de la classe

• L’hydrogène est de loin le plus courant de tous les éléments, car 98% de l’univers est composé d’hydrogène. 70% de la surface de la planète est constituée d’hydrogène.
• L’hydrogène est l’élément le plus simple de tous ; incolore, inodore et insipide, il est 14 fois plus léger que l’air. L’hydrogène devient liquide à –252,9° C. L’hydrogène brûle en libérant de l’énergie et réagit avec l’oxygène de l’air pour former uniquement de l’eau.
• L’hydrogène est toujours associé à d’autres éléments ; on ne le trouve jamais isolé. Il est associé le plus souvent au carbone, pour former du gaz naturel, et à l’oxygène, pour former de l’eau. Pour pouvoir utiliser l’hydrogène, nous devons d’abord l’isoler.
• Pour la plupart, l’hydrogène utilisé de nos jours (48%) est produit par reformage du gaz naturel. Seulement 4% d’hydrogène est obtenu actuellement par électrolyse pure – une méthode de subdivision de l’eau en ses éléments constituants que sont l’hydrogène et l’oxygène, avec l’apport d’énergie électrique.
• Environ 95% de l’hydrogène produit à l’heure actuelle est utilisé immédiatement par l’industrie de la grande consommation. La production mondiale d’hydrogène totalise actuellement 45 millions de tonnes par an.

Propriétés physiques

• Le plus léger de tous les gaz, l’hydrogène se diffuse facilement à travers des métaux tels que le fer, le platine ou le palladium. Il s’échappe facilement au travers des cloisons poreuses. Même s’il est très léger, l’hydrogène n’est pas le gaz idéal pour gonfler des ballons par exemple.
• L’hydrogène présente une conductivité thermique nettement supérieure à celle de l’air. Les molécules légères d’hydrogène se déplacent beaucoup plus vite que les molécules lourdes d’azote et d’oxygène.
• L’hydrogène est faiblement soluble dans l’eau et un peu plus soluble dans l’alcool. Beaucoup de métaux ont en revanche un pouvoir solvant bien supérieur à celui de l’hydrogène. Le palladium, lui, fait figure d’éponge, car il absorbe 850 fois son propre volume d’hydrogène.

Réactions chimiques

• La principale caractéristique de l’hydrogène est sa combustibilité. Il brûle dans l’air en produisant une flamme pâle et brûlante, pour former de l’eau. A température ambiante, l’hydrogène et l’oxygène se combinent pour former de l’eau, mais si lentement qu’il est impossible de mesurer la réaction. Une réaction mesurable ne peut être obtenue qu’à haute température.
• L’hydrogène ne réagit pas seulement avec l’oxygène libre. Il peut également extraire l’oxygène de composés pour former de l’eau.
• Outre l’oxygène, l’hydrogène se combine également avec de nombreux éléments. En association avec les éléments non-métalliques - chlore, soufre, azote et carbone - la formation des composés volatiles HCl, H₂S, NH₃ et CH₄ intervient. Les métaux sodium, calcium, lanthane et thorium forment les sels (hydrides) NaH, CaH₂, LaH₃ et ThH₄ . La synthèse d’ammoniac à partir d’hydrogène et d’azote, sur laquelle est fondée l’industrie anorganique, secteur de grande envergure, est particulièrement digne de mention.
• Autre processus important, l’ajout d’hydrogène aux composés carbones insaturés, connu sous le nom d’hydrogénation. Les activités les plus importantes dans ce domaine sont l’hydrogénation de charbon, d’huile minérale et de goudron pour produire de l’essence, l’hydrogénation de monoxyde de carbone pour produire des alcools ou des hydrocarbures et l’hydrogénation de graisses huileuses pour produire des graisses solides.

Production d'hydrogène

• L’électrolyse décompose l'eau dans ses éléments constitutifs que sont l’hydrogène et l’oxygène, avec l’apport d’une énergie électrique.
• Dans l’électrolyse chlore-alcaline, de gros volumes d’hydrogène sont produits par le biais de la génération de soude caustique ou de chlore
• Dans le reformage à la vapeur, l’hydrogène est produit par le biais d’une oxydation partielle d’hydrocarbures légers, tels que le méthane, le propane ou le butane, pour former un mélange
  H₂ - CO qui est séparé à l’aide d’un catalyseur.

Avec le craquage d’ammoniac, l’hydrogène est obtenu par séparation thermique de l’ammoniac en N₂ et H₂

Caractéristiques