Aller au contenu

Dernière publication le 20 articles4 rubriques

SciFrance

La chimie pour comprendre le monde

ELM Élément n° 1 sur 118

Hydrogène (H)

Premier élément du tableau périodique, l’hydrogène est surtout présent sur Terre dans des molécules plutôt qu’à l’état pur. Sa capacité à former de nombreux composés explique son rôle dans l’industrie et dans l’eau qui nous entoure.

Par Claire Delmas · Mis à jour le

Fiche d’identité de l’hydrogène

Numéro atomique (Z)
1
Symbole
H
Masse atomique
1,008 u
Masse molaire
1,008 g/mol
Famille
Non-métaux
Période · groupe · bloc
1 · 1 · s
Configuration électronique
1s¹
État à 20 °C
gaz
Température de fusion
-259,34 °C (13,81 K)
Température d’ébullition
-252,87 °C (20,28 K)
Masse volumique
8,988 × 10⁻⁵ g/cm³
Électronégativité (Pauling)
2,2
Rayon atomique (van der Waals)
120 pm
1re énergie d’ionisation
13,6 eV
Affinité électronique
0,754 eV
États d’oxydation
+1, -1
Découverte
1766, par Henry Cavendish
Nom tiré de
eau
Abondance dans la croûte terrestre
1 400 mg/kg
Abondance dans l’eau de mer
108 000 mg/L
Numéro CAS
12385-13-6

La composition isotopique de l’hydrogène varie selon sa provenance : l’IUPAC donne sa masse atomique sous forme d’intervalle, [1,007 84 ; 1,008 11] ; la valeur ci-dessus est la valeur conventionnelle.

Hydrogène : période 1, groupe 1, famille des non-métaux.
H
Électrons par couche : 1

L’hydrogène est l’élément le plus léger : son atome contient un proton et, le plus souvent, un électron. Il est gazeux à température ambiante, mais sur Terre, on le rencontre surtout lié à d’autres éléments. Cette distinction aide à comprendre pourquoi l’industrie doit le produire avant de l’utiliser, et pourquoi ses applications vont bien au-delà de l’énergie.

Où trouve-t-on l’hydrogène sur Terre ?

Dans la nature, l’hydrogène entre dans la composition de l’eau, des hydrocarbures et de nombreuses autres substances. L’eau, de formule H₂O, associe deux atomes d’hydrogène à un atome d’oxygène ; on peut voir comment se répartissent les charges de la molécule d’eau. Le méthane (CH₄), certains sucres et l’ammoniac (NH₃) contiennent également cet élément.

L’hydrogène moléculaire, noté H₂, est un gaz très léger. Sa masse volumique est faible, mais il ne faut pas en déduire qu’il est abondant sous cette forme dans l’air : la plupart de l’hydrogène terrestre est chimiquement lié. Pour l’obtenir, il faut donc le séparer de composés qui en contiennent.

Comment produit-on l’hydrogène utilisé par l’industrie ?

Une voie consiste à transformer des hydrocarbures, notamment du gaz naturel ; une autre est l’électrolyse, qui sépare l’eau en hydrogène et en oxygène au moyen d’un courant électrique. Le CNRS présente ces deux procédés parmi les voies de production étudiées. Le procédé employé compte : produire de l’hydrogène n’est pas, en soi, une garantie de faibles émissions, car le bilan dépend notamment de la matière première et de l’énergie mobilisée.

L’industrie utilise l’hydrogène pour fabriquer de l’ammoniac, matière première importante pour les engrais azotés. Il sert aussi à transformer des huiles et des graisses par hydrogénation, ainsi qu’à diverses opérations de raffinage et de fabrication chimique, selon le laboratoire national de Los Alamos. Dans l’hydrogénation, des atomes d’hydrogène sont ajoutés aux molécules ciblées : ce n’est donc pas simplement du gaz mélangé à l’huile.

Pourquoi sa place dans le tableau est-elle singulière ?

Le numéro atomique 1 signifie que l’hydrogène possède un proton dans son noyau. Sa configuration électronique, 1s¹, indique qu’un électron occupe sa première couche. Il est placé dans le groupe 1, mais ce classement ne le rend pas semblable aux métaux alcalins : l’hydrogène est un non-métal, et sa chimie présente des particularités. Il figure parmi les éléments non métalliques.

Cet électron unique aide à expliquer pourquoi l’hydrogène peut participer à des liaisons variées. Dans certains composés, il forme des liaisons covalentes, où des atomes partagent des électrons ; dans d’autres contextes, il peut apparaître sous forme d’ion positif ou négatif. Une interaction plus faible, appelée liaison hydrogène, contribue notamment aux propriétés de l’eau et à la structure de molécules biologiques. Elle ne correspond pas à une liaison covalente ordinaire entre deux atomes.

Que signifient ses isotopes et sa masse atomique ?

Les isotopes sont des variantes d’un même élément qui ont le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons. L’hydrogène naturel est principalement constitué de protium, dont le noyau ne contient pas de neutron ; le deutérium en contient un. Le tritium, radioactif, est un autre isotope connu. La valeur de 1,008 u affichée pour la masse atomique est une moyenne liée aux isotopes naturels, et non la masse exacte de chaque atome.

L’hydrogène intervient aussi dans des composés familiers comme le chlorure d’hydrogène. Dissous dans l’eau, celui-ci forme l’acide chlorhydrique : la distinction entre le gaz HCl et sa solution est expliquée dans la page sur l’acide chlorhydrique. L’élément n’est donc pas un produit unique, mais une brique chimique qui prend des propriétés très différentes selon les atomes auxquels il est associé.

Enfin, l’hydrogène gazeux est inflammable. Son emploi et son stockage nécessitent des installations adaptées, notamment pour limiter et détecter les fuites. Cette précaution concerne le gaz, et ne signifie pas que les composés courants qui contiennent de l’hydrogène présentent tous les mêmes propriétés.

Isotopes naturels de l’hydrogène

IsotopeMasse (u)Abondance naturelleStabilité
¹H1,00782503223(9)99,9885 %stable
²H2,01410177812(12)0,0115 %stable

7 isotopes de l’hydrogène sont connus, dont 2 stables. Données : NIST et AMDC (AIEA), via PubChem.

Questions fréquentes

Quelle est la masse molaire de l’hydrogène ?

La masse molaire de l’hydrogène est de 1,008 g/mol, d’après la masse atomique standard de 1,008 u retenue par l’IUPAC (CIAAW). Une mole d’atomes de hydrogène pèse donc environ 1,008 grammes.

Quel est le numéro atomique de l’hydrogène ?

Le numéro atomique de l’hydrogène est 1 : son noyau compte 1 proton, et l’atome neutre autant d’électrons. Son symbole chimique est H.

Quelle est la configuration électronique de l’hydrogène ?

La configuration électronique de l’hydrogène est 1s¹, soit 1 électrons répartis de la première à la dernière couche. L’hydrogène appartient au bloc s du tableau périodique.

L’hydrogène est-il toujours présent sous forme de gaz H₂ ?

Non. H₂ désigne l’hydrogène moléculaire, qui est gazeux à température ambiante. Mais l’hydrogène est aussi présent dans l’eau, les hydrocarbures, l’ammoniac et de nombreux autres composés. Les propriétés dépendent de la forme chimique : l’hydrogène lié dans une molécule d’eau n’a pas les mêmes risques ni le même comportement que le gaz H₂.

L’hydrogène est-il un métal alcalin parce qu’il se trouve dans le groupe 1 ?

Non. Sa position au-dessus du groupe 1 rappelle qu’il possède un électron sur sa couche externe, mais l’hydrogène est un non-métal. Il ne partage pas l’ensemble des propriétés des métaux alcalins. Sa place dans le tableau est utile pour lire sa configuration électronique, mais ne suffit pas à le ranger chimiquement parmi ces métaux.

La masse atomique de 1,008 u est-elle la masse d’un atome d’hydrogène ?

C’est une masse atomique moyenne fondée sur la composition isotopique naturelle, et non la masse exacte de chaque atome. La plupart des atomes d’hydrogène naturels sont du protium, tandis qu’une petite fraction est du deutérium, plus lourd parce que son noyau contient un neutron. Les isotopes individuels ont donc des masses différentes.

Sources des données

Valeurs relevées le 3 octobre 2026. Températures et masses volumiques à pression atmosphérique ; une valeur « non mesuré » n’est pas connue expérimentalement.