thumb|200px|Liniile spectrale de hidrogen Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H2. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă”.
Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75 % din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.
Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.
Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă (anion cunoscut sub numele de hidrură, H-) sau sarcină pozitivă H+ (hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care este cunoscută o soluție analitică a ecuației lui Schrödinger, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.
Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător.Informații și cărți despre hidrogen . Hydrogeit. Accesat la 6 iunie 2009. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor și a motorinei, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.Hidrogen – Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV) . Accesat la 6 iunie 2009.
Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă.Motorul cu hidrogen, o perspectivă încă îndepărtată. Adevărul, accesat la 6 iunie 2009. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie (între 4 și 75 % hidrogen în amestec cu aerulhttps://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319923010728#:~:text=It's%20generally%20accepted%20that%20the,of%20which%20exceeds%20the%20LFL), dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.ECONOMIA HIDROGENULUI – PROMISIUNE SAU REVOLUTIE? . Asociația generală a inginerilor din România. Accesat la 6 iunie 2009.
În anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion”). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.
Descoperire miniatura|Hydrogen Spectrum Test Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil”. În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H2).Erwin Riedel: Anorganische Chemie. de Gruyter, Berlin 2002, ISBN 3-11-017439-1 Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil” al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley.Lavoisier, Antoine (1743-1794). scienceworld.wolfram.com. Accesat la 16 mai 2009. Lavoisier a numit gazul „hidrogen”, nomeclatura fiind de origine greacă (ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).
Rolul în teoria cuantică 300px|thumb|Primele patru linii spectrale ale seriei Balmer (domeniul vizibil) Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H2 și a cationului H+ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).
Maxwell a observat că la H2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelurilor de energie de rotație, care la H2 sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.
Proprietăți Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H2) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K,IPTS-1968, iupac.org, accesat 12 iunie 2009 și 7,042 kPa,Yunus A. Cengel, Robert H. Turner. Fundamentals of thermal-fluid sciences, McGraw-Hill, 2004, p. 78, ISBN 0-07-297675-6 iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa.Information Specific to Liquid Hydrogen , harvard.edu, accesat 12 iunie 2009 Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l.Fișă tehnică de securitate. Messer România. Accesat la 15 mai 2009. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O viscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.A. F. Holleman, Egon Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9
Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente - das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. Hirzel, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3
Ardere
Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomicăDihydrogen . University of Southern Maine. Accesat la 2 februarie 2009.) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4 % și 75 %, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65 % și 93,9 %. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2 % și 58,9 % în aer, respectiv între 15 % și 90 % în oxigen. Variația entalpiei în urma arderii (puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:National Academy of Engineering, National Academy of Sciences, 2004, The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs. National Academies Press. ISBN 0-309-09163-2
Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4 % și 75 %, temperatura de autoaprindere fiind de 560. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.
H2 reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.Clayton, Donald D. (2003). Handbook of Isotopes in the Cosmos: Hydrogen to Gallium. Cambridge University Press. ISBN 0-521-82381-1.
Râspândirea în Univers și pe Pământ left|thumb|250px|NGC 604, o regiune foarte bogată în hidrogen Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75 % în masă și mai mult de 90 % după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H2 sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.
În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.
În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H2, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.
Atomul de hidrogen
Nivelele energetice ale atomului de hidrogen thumb|200px|right|Reprezentarea prin schemele de tranziție a nivelelor energetice ale hidrogenului. thumb|right|Secțiune dintr-un atom de hidrogen ce arată că diametrul acestuia este de două ori raza atomică calculată cu ajutorul modelului Bohr. Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV.