L’hydrogène (H), une substance gazeuse incolore, inodore, insipide et inflammable qui est le membre le plus simple de la famille des éléments chimiques. L’atome d’hydrogène a un noyau constitué d’un proton portant une unité de charge électrique positive ; un électron, portant une unité de charge électrique négative, est également associé à ce noyau. Dans des conditions ordinaires, l’hydrogène gazeux est un agrégat lâche de molécules d’hydrogène, chacune étant constituée d’une paire d’atomes, une molécule diatomique, H2. La plus ancienne propriété chimique importante connue de l’hydrogène est qu’il brûle avec l’oxygène pour former de l’eau, H2O ; en effet, le nom hydrogène est dérivé de mots grecs signifiant » faiseur d’eau « .
Bien que l’hydrogène soit l’élément le plus abondant de l’univers (trois fois plus que l’hélium, l’élément suivant le plus répandu), il ne représente qu’environ 0,14 % de la croûte terrestre en poids. Il est cependant présent en grandes quantités dans l’eau des océans, des banquises, des rivières, des lacs et de l’atmosphère. Faisant partie d’innombrables composés carbonés, l’hydrogène est présent dans tous les tissus animaux et végétaux et dans le pétrole. Même si l’on dit souvent qu’il existe plus de composés connus du carbone que de tout autre élément, le fait est que, puisque l’hydrogène est contenu dans presque tous les composés du carbone et qu’il forme également une multitude de composés avec tous les autres éléments (à l’exception de certains des gaz nobles), il est possible que les composés de l’hydrogène soient plus nombreux.
L’hydrogène élémentaire trouve sa principale application industrielle dans la fabrication de l’ammoniac (composé d’hydrogène et d’azote, NH3) et dans l’hydrogénation du monoxyde de carbone et des composés organiques.
L’hydrogène possède trois isotopes connus. Les numéros de masse des isotopes de l’hydrogène sont 1, 2 et 3, le plus abondant étant l’isotope de masse 1 généralement appelé hydrogène (symbole H, ou 1H) mais aussi connu sous le nom de protium. L’isotope de masse 2, dont le noyau est composé d’un proton et d’un neutron et qui a été nommé deutérium, ou hydrogène lourd (symbole D, ou 2H), constitue 0,0156 % du mélange ordinaire d’hydrogène. Le tritium (symbole T ou 3H), dont chaque noyau contient un proton et deux neutrons, est l’isotope de masse 3 et constitue environ 10-15 à 10-16 pour cent de l’hydrogène. La pratique consistant à donner des noms distincts aux isotopes de l’hydrogène est justifiée par le fait qu’il existe des différences significatives dans leurs propriétés.
Paracelse, médecin et alchimiste, au XVIe siècle, a expérimenté sans le savoir l’hydrogène lorsqu’il a constaté qu’un gaz inflammable se dégageait de la dissolution d’un métal dans un acide. Ce gaz a toutefois été confondu avec d’autres gaz inflammables, tels que les hydrocarbures et le monoxyde de carbone. En 1766, Henry Cavendish, chimiste et physicien anglais, a montré que l’hydrogène, alors appelé air inflammable, phlogiston ou principe inflammable, se distinguait des autres gaz combustibles par sa densité et la quantité de gaz qui se dégageait d’une quantité donnée d’acide et de métal. En 1781, Cavendish a confirmé des observations antérieures selon lesquelles de l’eau se formait lorsqu’on brûlait de l’hydrogène, et Antoine-Laurent Lavoisier, le père de la chimie moderne, a inventé le mot français hydrogène dont la forme anglaise est dérivée. En 1929, Karl Friedrich Bonhoeffer, un physico-chimiste allemand, et Paul Harteck, un chimiste autrichien, sur la base de travaux théoriques antérieurs, ont montré que l’hydrogène ordinaire est un mélange de deux types de molécules, l’ortho-hydrogène et le para-hydrogène. En raison de la structure simple de l’hydrogène, ses propriétés peuvent être calculées théoriquement relativement facilement. Par conséquent, l’hydrogène est souvent utilisé comme modèle théorique pour des atomes plus complexes, et les résultats sont appliqués qualitativement à d’autres atomes.