L’hydrogène a été identifié comme substance distincte au XVIIIᵉ siècle. Dès le XVIIᵉ siècle, des savants comme Robert Boyle observaient qu’un gaz inflammable était libéré lors de la réaction d’un métal avec un acide. Mais ce n’est qu’en 1766 que Henry Cavendish isola ce gaz et l’étudia systématiquement. Il le qualifia d’« air inflammable » et démontra qu’il produisait de l’eau à la combustion.
En 1783, Antoine Lavoisier interpréta correctement les résultats de Cavendish et démontra que l’eau est un composé, et non un élément. Il nomma ce gaz hydrogène, signifiant « qui engendre l’eau » (du grec hydro = eau et genes = créer). Cette découverte fut déterminante dans l’avènement de la chimie moderne.
L’hydrogène (symbole H, numéro atomique 1) est l’élément chimique le plus simple, constitué d’un seul proton et d’un électron. Son isotope le plus courant, le protium (¹H), ne possède pas de neutron. Deux autres isotopes existent : le deutérium (²H), stable et naturellement présent en faible proportion, et le tritium (³H), radioactif avec une demi-vie d’environ 12,3 ans.
À température ambiante, l’hydrogène se trouve sous forme de gaz diatomique (H₂), extrêmement léger (densité ≈ 0.08988 g/L), incolore, inodore et hautement inflammable. Il fond à 13.99 K et bout à 20.27 K.
L’hydrogène est un réducteur puissant et forme des liaisons chimiques avec de nombreux éléments : halogènes, oxygène, soufre, métaux, etc. Il forme des hydrures et peut se comporter comme un acide (donneur de proton) ou une base selon le contexte. Il est notamment utilisé pour la réduction d’oxydes métalliques ou l’hydrogénation de composés organiques.
L’hydrogène est utilisé :
L’hydrogène représente environ 75 % de la masse baryonique de l’univers. Il a été synthétisé en grande quantité au moment du Big Bang. Dans les étoiles, il sert de carburant pour les réactions de fusion thermonucléaire via le cycle proton-proton ou le cycle CNO.
Dans le milieu interstellaire, on le retrouve sous forme atomique (H I), moléculaire (H₂) ou ionisée (H⁺). Sa raie à 21 cm est un outil majeur de la radioastronomie pour cartographier la structure galactique.
L’atome d’hydrogène est le système quantique le plus simple et sert de modèle pour tester les prédictions de la mécanique quantique et de l’électrodynamique quantique (QED). Son spectre électronique, très bien mesuré (raies de Lyman, Balmer…), permet de contraindre les constantes fondamentales et d’explorer des hypothèses sur la variation de ces constantes dans le temps ou l’espace.
