How big is Atome d'hydrogène?

Un atome d'hydrogène est l'atome le plus simple : un unique électron retenu par un unique proton. Il mesure environ 0,11 nanomètre de diamètre, soit 110 picomètres, calculé comme deux fois le rayon de Bohr. Un nanomètre est un milliardième de mètre, et un picomètre est un millième de nanomètre.

Taille

Un atome n'a pas de limite nette. Son électron ne suit pas une trajectoire fixe, comme le ferait une planète. La physique quantique le décrit plutôt comme un nuage de probabilité : l'électron a le plus de chances de se trouver à une distance particulière du noyau, et de moins en moins de chances à mesure qu'on s'en éloigne. Les chimistes définissent donc la taille d'un atome de plusieurs façons, chacune donnant un nombre différent.

Le chiffre indiqué ici correspond à deux fois le rayon de Bohr. Le rayon de Bohr, 52,9 picomètres, est la distance au proton à laquelle l'électron a le plus de chances de se trouver. Le double, soit 106 picomètres, s'arrondit à 110. Ce nom rend hommage à Niels Bohr, dont le modèle atomique de 1913 plaçait l'électron sur une orbite circulaire d'exactement ce rayon.

D'autres définitions donnent d'autres tailles. Deux atomes d'hydrogène réunis dans une molécule ont leurs centres séparés de 74 picomètres. Une autre mesure, le rayon de van der Waals, se fonde sur la distance minimale à laquelle deux atomes séparés peuvent s'approcher avant de se repousser. Selon cette mesure, un atome d'hydrogène mesure environ 220 à 240 picomètres de diamètre.

Comparaisons de taille

• Un atome d'hydrogène est environ 60 000 fois plus large que le proton situé en son centre, qui mesure environ 1,7 femtomètre de diamètre. Un femtomètre est un millionième de nanomètre.
• Si un atome d'hydrogène était agrandi à la taille d'un terrain de football américain, soit 110 mètres de long, zones d'en-but comprises, son proton mesurerait moins de 2 millimètres de diamètre.
• Environ 750 000 à 950 000 atomes d'hydrogène côte à côte couvriraient la largeur d'un cheveu.
• Un atome d'hydrogène mesure 1,06 angström de diamètre, un peu plus qu'un angström. L'angström, 100 picomètres, est une unité utilisée pour la taille des atomes et la longueur des liaisons chimiques.
• Aucun microscope optique ordinaire ne peut montrer un atome d'hydrogène. Le plus petit détail qu'un tel microscope puisse distinguer mesure environ 0,2 micromètre, soit près de 2 000 fois la largeur de l'atome. Un micromètre est un millionième de mètre.

L'élément le plus courant

L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'univers. Le Soleil est composé d'environ 75 % d'hydrogène en masse. Aux températures élevées qui règnent dans le Soleil, les noyaux d'hydrogène fusionnent pour former de l'hélium, libérant d'immenses quantités d'énergie. Sur Terre, la majeure partie de l'hydrogène se trouve dans l'eau.

Les formes plus lourdes de l'hydrogène

Des atomes d'un même élément possédant des nombres de neutrons différents sont appelés isotopes. Dans plus de 99,97 % des atomes d'hydrogène présents sur Terre, le noyau est un simple proton, sans neutron. En 1931, Harold Urey et ses collègues de l'université Columbia ont détecté une forme plus rare, le deutérium, dont la masse est environ le double.

Une troisième forme, le tritium, possède deux neutrons en plus de son proton. Il est radioactif, et la moitié de tout échantillon se désintègre tous les 12,3 ans. Le tritium se forme naturellement en haute atmosphère, lorsque des rayons cosmiques frappent des molécules d'azote présentes dans l'air.

Sources

• Bohr Radius. NIST, CODATA 2022.
• Theoretical Calculation of Absolute Radii of Atoms and Ions. Part 1. The Atomic Radii. Ghosh and Biswas, International Journal of Molecular Sciences, 2002.
• The Bohr Model. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
• The Hydrogen Atom. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
• Hydrogen: Radii of Atoms and Ions. WebElements, University of Sheffield.
• Hydrogen. Royal Society of Chemistry, Periodic Table.
• Helium. Royal Society of Chemistry, Periodic Table.
• Atomic Weight of Hydrogen. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• Radionuclide Basics: Tritium. U.S. Environmental Protection Agency.
• The International System of Units (SI). 9th edition, version 4.01. BIPM, 2026.
• Proton RMS Charge Radius. NIST, CODATA 2022.
• 2026 NFL Rulebook. National Football League, 2026.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• The Nobel Prize in Chemistry 2014: Press Release. Royal Swedish Academy of Sciences, 2014.