Isomérie de spin du dihydrogène

(en) Représentation schématique des spins dans les molécules d'orthohydrogène et de parahydrogène.

L'orthohydrogène est de l'hydrogène composé de molécules dans lesquelles les deux protons (un dans chaque atome de la molécule) ont des spins parallèles et de même sens.

Le parahydrogène est de l'hydrogène composé de molécules dans lesquelles les deux protons (un dans chaque atome de la molécule) ont des spins antiparallèles.

Orthohydrogène et Parahydrogène

Les molécules d'hydrogène sont constituées de deux atomes d'hydrogène liés par une liaison covalente. Si on néglige les traces de deutérium ou de tritium qui pourraient être présentes, chaque atome d'hydrogène ne comprend qu'un proton (ce qu'on appelle de l'hydrogène léger; le terme protonium désigne un atome d'hydrogène léger dans lequel l'électron a été remplacé par un antiproton), et ce proton a un moment magnétique associé, que l'on peut considérer comme généré par la rotation du proton sur lui-même. La molécule peut donc être constituée soit de deux protons alignés dans une même direction (c'est l'orthohydrogène) ou dans des directions opposées (c'est le parahydrogène).

L'orthohydrogène est instable à basse température, et se transforme spontanément en parahydrogène avec le temps, ce qui libère une chaleur indésirable. À température ambiante, l'hydrogène comprend 75% d'orthohydrogène, proportion que le processus de liquéfaction préserve. Il faut soit utiliser un catalyseur pour accélérer la conversion de l'hydrogène en parahydrogène, soit fournir une réfrigération supplémentaire pour absorber la chaleur qui se dégagera de l'hydrogène liquide au fur et à mesure de sa conversion spontanée.

Source

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Spin isomers of hydrogen » (voir la liste des auteurs)