H · Élément 1 · Non-métal
L’atome le plus simple qui soit — un proton, un électron — et environ 90 % de chaque atome de l’Univers.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe l’hydrogène parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Même élément, neutrons différents
Tous les atomes d’hydrogène ont le même nombre de protons, 1, et ne diffèrent que par leur nombre de neutrons : ces variantes sont ses isotopes. Le plus courant, H-1, a 0 neutrons et représente 99,9855 % de l’hydrogène naturel.
| ISOTOPE | Neutrons | Abondance naturelle | Demi-vie | Mode de désintégration |
|---|---|---|---|---|
| H-1 le plus courant | 0 | 99,9855 % | Stable | — |
| H-2 | 1 | 0,0145 % | Stable | — |
| H-3 | 2 | — | 12,32 ans | β⁻ |
Ici, le raccourci scolaire, masse atomique arrondie (1,008) moins numéro atomique, donne la même réponse : 0.
Modes de désintégration
Données : IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, évaluations des états fondamentaux, consultées le 10 octobre 2026. L’abondance est la part des atomes dans l’élément naturel ; un tiret signifie que l’isotope n’a pas d’abondance naturelle de référence.
Taille, à l’échelle
Rayon de 53 pm — soit 0,053 nm ; il en faudrait donc environ 9,43 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Entre 14 K et 20 K, l’hydrogène est liquide : une plage de 6 K.
L’histoire
L’hydrogène (H) est l’élément 1, le plus léger et le plus simple de tous : un atome d’hydrogène typique est constitué d’un proton et d’un électron. C’est l’élément le plus abondant de l’univers : il représente environ les trois quarts de la masse de la matière ordinaire et à peu près neuf atomes sur dix. Il se trouve en tête du groupe 1 du tableau périodique, mais c’est un non-métal, et non un métal alcalin.
À température ambiante, l’hydrogène est un gaz incolore et inodore formé de molécules H₂. Sa masse volumique est de 0,08988 g/L à 0 °C et à pression normale, soit environ 14 fois moins que celle de l’air. Il se condense en liquide à −252,87 °C (20,28 K) et se solidifie à −259,14 °C (14,01 K).
Henry Cavendish a identifié l’hydrogène comme une substance distincte en 1766 et l’a appelé « air inflammable » ; avant lui, des expérimentateurs comme Robert Boyle avaient obtenu ce gaz à partir de métaux et d’acides sans y reconnaître un élément. En 1783, Antoine Lavoisier l’a nommé hydrogène, d’après le grec signifiant « qui forme l’eau », parce qu’il brûle dans l’oxygène en formant de l’eau.
L’unique électron de l’hydrogène occupe la première et seule couche (configuration 1s¹). L’atome peut perdre cet électron pour former H⁺, le partager dans des liaisons covalentes, comme dans l’eau et le méthane, ou gagner un second électron pour former l’ion hydrure, H⁻.
L’hydrogène possède trois isotopes. Le protium (hydrogène-1) n’a pas de neutron et représente environ 99,985 % de l’hydrogène naturel. Le deutérium (hydrogène-2) possède un neutron et en représente environ 0,015 %. Le tritium (hydrogène-3) possède deux neutrons ; il est radioactif, avec une demi-vie de 12,3 ans, et n’existe qu’à l’état de traces.
Applications
La plus grande partie de l’hydrogène est utilisée sur son lieu de production, dans les usines chimiques et les raffineries de pétrole. Ses principaux usages sont la fabrication d’ammoniac pour les engrais par le procédé Haber-Bosch (N₂ + 3H₂ → 2NH₃), le raffinage du pétrole brut par hydrocraquage et par désulfuration des carburants, et la fabrication de méthanol. Selon l’Agence internationale de l’énergie, la demande mondiale approche 100 millions de tonnes par an, et la quasi-totalité de cet hydrogène est encore produite à partir de combustibles fossiles.
D’où il vient
1400 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 91 % des éléments
L’hydrogène s’est formé dans les premières minutes qui ont suivi le Big Bang et reste le principal constituant des étoiles et du gaz interstellaire. Les étoiles, dont le Soleil, brillent en fusionnant l’hydrogène en hélium, et les planètes géantes Jupiter et Saturne sont composées surtout d’hydrogène.
L’hydrogène gazeux libre est rare sur Terre. Il est si léger qu’il s’échappe de la haute atmosphère, et l’air n’en contient qu’environ 0,5 partie par million. Presque tout l’hydrogène de la Terre est lié dans des composés : l’eau (11 % d’hydrogène en masse), le gaz naturel, le pétrole et le charbon, les minéraux argileux et tous les êtres vivants. Il représente environ 0,14 % de la masse de la croûte terrestre. On connaît quelques accumulations souterraines naturelles d’hydrogène gazeux, comme celle qu’exploite un puits au Mali, et les géologues en recherchent d’autres.
L’industrie produit l’hydrogène principalement par vaporeformage du gaz naturel (CH₄ + H₂O → CO + 3H₂, suivi de la réaction du gaz à l’eau) et par gazéification du charbon ; une partie est un sous-produit du raffinage du pétrole. L’électrolyse de l’eau, qui peut fonctionner avec de l’électricité renouvelable, fournit bien moins de 1 % de la production (AIE).
Manipulation
L’hydrogène est extrêmement inflammable. Il brûle dans l’air à toute concentration comprise entre environ 4 % et 75 % en volume, l’une des plages les plus larges de tous les gaz, et il faut très peu d’énergie pour l’enflammer. Sa flamme est bleu pâle et presque invisible à la lumière du jour, si bien qu’un feu d’hydrogène peut être difficile à voir.
L’hydrogène n’est pas toxique, et aucune valeur limite d’exposition professionnelle n’est fixée pour lui. Dans un espace clos, il peut déplacer l’oxygène et provoquer une asphyxie. L’hydrogène liquide, à environ −253 °C, provoque de graves brûlures par le froid au contact.
Pour aller plus loin
Réponses rapides
L’hydrogène (symbole H) est l’élément 1 du tableau périodique, un non-métal de la période 1, groupe 1. L’atome le plus simple qui soit — un proton, un électron — et environ 90 % de chaque atome de l’Univers. À température ambiante, c’est un gaz.
1s¹ ; elle comporte 1 couche occupée, avec la répartition 1.L’hydrogène fond à 14 K (-259,1 °C) et bout à 20,3 K (-252,9 °C).
La masse atomique standard de l’hydrogène est de 1,008 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
L’atome d’hydrogène le plus courant, H-1, a 0 neutrons : son nombre de masse, 1, moins son numéro atomique, 1. Il représente 99,9855 % de l’hydrogène naturel. Le raccourci scolaire, masse atomique arrondie (1,008) moins numéro atomique, donne le même résultat : 0.
À température ambiante, l’hydrogène est un gaz ; à 0 °C et 1 atm, sa masse volumique est d’environ 0,09 g/L : il est donc plus léger que l’air.
L’électronégativité de l’hydrogène sur l’échelle de Pauling est de 2,2. L’échelle va de 0,70 (le francium, qui attire le moins les électrons) à 3,98 (le fluor, qui les attire le plus). Les valeurs de cette plage intermédiaire tendent à former des liaisons covalentes plutôt que des liaisons fortement ioniques.
La découverte de l’hydrogène remonte à 1766 ; on la doit à Henry Cavendish. Origine du nom : grec hydro + genes, « qui forme l’eau ».
L’hydrogène constitue environ 0,14 % de la croûte terrestre — suffisamment courant pour être extrait à grande échelle.