Cinq Faits Intrigants Sur l’Hydrogène Puissant

5 faits intéressants sur l’hydrogène:

1. L’élément numéro un n’était pas le premier élément découvert.
2. L’hydrogène est le seul élément « sans neutrons » de l’univers.
3. La présence d’hydrogène dans l’eau n’est pas la seule raison pour laquelle il est essentiel à la vie.
4. L’hydrogène alimente déjà tout ce que vous utilisez.
5. L’hydrogène métallique peut être un supraconducteur à température ambiante… et défier la gravité.

La semaine dernière, nous vous avons présenté dix « premières » scientifiques et technologiques permises par l’hydrogène puissant. Cette semaine, nous poursuivons avec une autre liste: cinq faits intéressants qui peuvent défier vos croyances courantes sur le plus simple de tous les atomes. L’hydrogène est plein de surprises car il se comporte comme aucun autre élément de l’univers. Vous pouvez le trouver brûlant furieusement dans les étoiles, tenant doucement les molécules de la vie ensemble, ou ne pas le trouver du tout — bien qu’il soit pratiquement partout.

Gros plan sur les éruptions d’hydrogène du Soleil. Observatoire de dynamique solaire, NASA. Licence Creative Commons.

Voici cinq faits curieux sur l’hydrogène que je trouve intrigants et intéressants à noter dans le post de cette semaine.

L’élément numéro un n’était pas le premier élément découvert

Il occupe la position numéro un dans le Tableau périodique. Son numéro atomique de un signifie qu’il a un seul proton dans son noyau. Pourtant, cette position numéro un est trompeuse : il nous a fallu des milliers d’années pour découvrir l’hydrogène. C’est difficile à imaginer, mais 18 autres éléments ont été identifiés avant que nous ne détections le plus abondant de tous. Voici une chronologie intéressante des éléments découverts avant l’hydrogène. Le cuivre, le plomb, l’or, l’argent, le fer, le carbone, l’étain, le soufre, le mercure, le zinc, l’arsenic et l’antimoine ont tous été mis au jour dans l’Antiquité. Ce n’est pas surprenant, car la plupart de ces éléments sont solides et peuvent être facilement trouvés dans la nature sous leur forme pure. Au fur et à mesure que la civilisation progressait, plus d’éléments ont été trouvés lorsque les humains les ont extraits de leurs états naturels. Ce fut le cas pour les six éléments suivants — tous découverts après le XVIe siècle: phosphore, cobalt, platine, nickel, bismuth et magnésium. Le temps de l’hydrogène est venu en 1766 lorsque Henry Cavendish a été le premier à isoler et à caractériser l’hydrogène comme une substance discrète, nommant le gaz « air inflammable. »Ce n’est que 15 ans plus tard qu’il a compris que lorsque l’hydrogène brûlait, il se combinait à l’oxygène pour produire de l’eau. Cavendish s’est rendu compte qu’il avait, en fait, découvert un élément, pas seulement une substance.

L’hydrogène est le seul élément « sans neutrons » de l’univers

Nous l’avons tous étudié à l’école: un diagramme avec un seul proton sphérique formant le noyau et un seul électron décrivant l’orbite qui l’entoure. Pas de neutron. Comme un système solaire à une planète, l’atome d’hydrogène est élégant et simple. C’est en fait cette élégante simplicité (et l’absence de neutrons) qui le distingue, faisant de l’hydrogène l’élément incontournable que les scientifiques utilisent depuis des siècles pour comprendre le monde subatomique. Pourtant, tous les hydrogène ne sont pas créés égaux. En 1910, le radiochimiste britannique Frederick Soddy a découvert des isotopes en observant le processus naturel de rayonnement qui se produit dans tous les éléments. Il a noté que ce processus pouvait conduire à des atomes dont le poids différait (le nombre de protons et de neutrons qui forment le noyau de l’atome) mais qui étaient chimiquement identiques. Soddy a travaillé avec de l’hydrogène et a découvert du Deutérium, qui est un isotope de l’hydrogène qui a un neutron (et est également appelé hydrogène lourd). La forme la plus courante d’hydrogène (H1) a un proton dans le noyau et un électron en orbite autour de lui. Dans sa forme rare, le deutérium (H2) comporte trois particules : un proton, un électron et un neutron. Le deutérium se produit naturellement, comprenant 0.015% de tout l’hydrogène dans l’univers. Fait intéressant, l’existence du deutérium à une fraction primordiale faible mais constante dans toute la matière hydrogène est l’un des principaux arguments en faveur de la théorie du Big Bang.

La présence d’hydrogène dans l’eau n’est pas la seule raison pour laquelle il est essentiel à la vie

L’eau est essentielle à la vie telle que nous la connaissons. Quand nous cherchons la vie ailleurs, nous suivons l’eau. Des dizaines de sondes spatiales ont été lancées après la découverte d’eau sur Mars et plusieurs des lunes en orbite autour de Jupiter et de Saturne. Ici sur Terre, les scientifiques pensent que la vie a commencé lorsqu’un mélange d’acides aminés primordiaux dans l’eau a été « enflammé » par une réaction électrochimique. À partir de ce moment, toute vie sur notre planète utilise de l’eau. Puisque chaque molécule d’eau a deux atomes d’hydrogène pour chaque atome d’oxygène, il s’ensuit que l’hydrogène est nécessaire à la vie. Cependant, l’hydrogène joue un autre rôle tout aussi crucial dans le soutien de la vie, littéralement. L’hydrogène est essentiel à l’ADN. La structure en double hélice de la molécule est maintenue par des liaisons hydrogène. Plus précisément, les deux brins d’ADN restent ensemble par des liaisons hydrogène qui se produisent entre des paires de bases nucléotidiques complémentaires. Deux liaisons hydrogène se produisent entre les paires de bases adénosine et thymine; et entre les paires de bases cytosine et guanine, il y a trois liaisons hydrogène. Sans ces liaisons hydrogène qui collent les deux bras de la molécule, il n’y aurait pas de double hélice; et sans elle, pas de vie.

L’hydrogène alimente déjà tout ce que vous utilisez

Dans un sens, l’économie de l’hydrogène est déjà là: vous pouvez utiliser l’hydrogène sans le savoir pour tout alimenter — de votre maison à votre voiture. Cela est vrai que vous utilisiez de l’énergie traditionnelle ou alternative, que vous ayez un Hummer gourmand en gaz ou une Nissan Leaf électrique, que vous ayez des panneaux solaires sur votre toit ou que vous utilisiez le réseau. Tout commence au centre du soleil. Les feux nucléaires du soleil convertissent l’hydrogène en hélium, libérant de l’énergie sous forme de photons qui arrivent ici en seulement huit minutes. Il y a des millions d’années, ces photons étaient utilisés par les plantes anciennes pour la photosynthèse. Les dinosaures et autres organismes se nourrissaient de ces plantes et, à leur mort, leur carbone restait combiné à l’eau et se décomposait en hydrocarbures (pétrole, charbon et gaz naturel) qui alimentent nos voitures et nos usines aujourd’hui. Si ces photons frappent votre panneau solaire, c’est l’hydrogène qui les produit en premier lieu. Il en va de même pour l’électricité qui recharge les voitures et les appareils électriques: elle est soit produite par l’eau des barrages (H2O), produite à l’aide de turbines à essence ou au gaz naturel (hydrocarbures), soit produite dans un réacteur nucléaire dont le combustible a été fabriqué lorsque l’hydrogène a fait sa magie au centre de la plupart des étoiles. Cet élément puissant et omniprésent a le potentiel d’aller encore plus loin — pour alimenter notre société par lui-même, en tant que carburant à l’hydrogène, de manière propre et durable.

L’hydrogène métallique peut être un supraconducteur à température ambiante

Il y a quelques mois, Scientific American a publié un article intéressant intitulé « La course pour transformer l’hydrogène gazeux en métal solide. »L’article a exploré certaines des propriétés non conventionnelles que l’hydrogène métallique aurait s’il pouvait être produit en laboratoire. L’hydrogène pur est un gaz. Pour en faire un liquide, une pression élevée et des températures très froides sont nécessaires; c’est pourquoi il est si coûteux à stocker et à transporter. Pour rendre l’hydrogène métallique, il faudrait des pressions énormes – similaires aux pressions trouvées au centre des étoiles — qui est le seul endroit où l’hydrogène est censé être métallique. L’article explique comment plusieurs équipes scientifiques commencent à explorer l’utilisation des diamants et des lasers pour appliquer les pressions requises. Jusqu’à présent, ils ont pu reproduire les pressions au centre des planètes, mais ils ont du chemin à faire avant que nous puissions voir de l’hydrogène métallique sous la forme d’un superfluide. Ce métal superfluide aurait des propriétés intrigantes. Pour commencer, comme l’indique l’article, « Si l’hydrogène métallique est un superfluide, les chercheurs peuvent avoir un matériau sur les mains qui défie la compréhension. Tous les supraconducteurs que nous connaissons sont solides and et tous les superfluides sont des isolants. Cet hydrogène liquide serait à la fois supraconducteur et superfluide — rien de tel n’a jamais été observé. »Il y a aussi des spéculations scientifiques selon lesquelles l’autre propriété non conventionnelle de ce superfluide « défierait la gravité », mais cela nous mènerait dans le domaine de la pure spéculation. Laissons donc l’hydrogène métallique comme fluide supraconducteur, ce qui est assez impressionnant et unique.

Depuis sa première observation par l’alchimiste suisse Paracelse en 1536, l’hydrogène intrigue et surprend les scientifiques depuis près de 500 ans. L ‘ »élément essentiel », comme l’appelait le physicien et auteur américain John Rigden, défie continuellement nos hypothèses de travail, défiant la science de creuser davantage pour faire progresser notre compréhension du fonctionnement interne du monde naturel. L’élément numéro un nous permet non seulement de voir loin dans le cosmos et au plus profond de notre propre ADN, mais il a également le potentiel de devenir la source d’énergie propre et abondante qui pourrait nous aider à résoudre le problème urgent de durabilité auquel nous sommes confrontés aujourd’hui.