我们知道，氢是位于元素周期表第一位的元素（原子序数为1）。它是宇宙中储量最丰富的元素（其相对含量超过80％），并且在地球上的储量排第三位。1776年，亨利·卡文迪许把氢定为一种化学物质；1785年，安托万·拉瓦锡根据它能被定量氧化成水（通过燃烧）的特性，将其取名为氢，其化学反应式如下：
2H2+O22H2O
自从其物理性质和化学性质被确认以来，氢作为一种重要的化学原料已经有两个多世纪的历史。它的密度比空气低，使它成为气球汽艇时代的一种理想的原料。此外，它的化学活性使它成为众多工业工艺过程的原料。在20世纪，它被用作火箭发射的推动燃料。它将成为21世纪下一个世界性发电燃料（继化石燃料之后）和运输燃料，后面我们将详细加以论述。
氢的性质主要包括物理属性和化学属性两个方面。
氢的物理性质
在自然界中，氢元素不是以单独的原子形式存在的，它是一个以共价键结合的二原子分子气体（H2），如下式所示：
H+HH2+Q（BE）
氢气是无色、无味、无毒的气体。它是最轻的化学物质，在标准温度和压力（STP）下，空气的密度为1.2930克/升，而氢气的密度为0.0899克/升。20℃时，它在水中的溶解度小于20克/升。液氢是很难制得的，它的沸点为-252.8℃，凝固点为-259.3℃。
氢有一种非同寻常的性质，即存在正氢和仲氢两种同素异形体，这不同于两个电子和核子的旋转排列。在室温下，氢气由25％的仲氢和75％的正氢组成。这两种组分的性质在能量值、熔点和沸点上均具有很小的差别。这些差别对液氢温度来讲是很重要的。
氢元素的另一个特征是组成它的3种同位素有较大的物理性质差异。氢有一个质子（这是确认化学原子核为氢的依据），此外还存在0、1或2个中子（这样其质量数为1、2、3）。
氘是氢的一种较重的形式，其能氧化形成重水（HDO和D2O），它的质量数为19或20，而不是H2O的质量数18。重水可用作某些核反应的中子缓释剂。其原子质量比处于氢（氕）和氚的比1∶2之间，因此氘从天然氢中的分离比235U从天然铀（大部分是238U）中分离出来要相对容易。从生物学的角度来讲，重水在组织上的渗透压不同于常水，并且其浓度高时还会对人体有害。
氚是氢的天然放射性同位素，大气中高能量的宇宙辐射与氮和氧原子的相互作用不断生成氚。经过成百上千年才形成稳定形态的同位素组分氚，其在大气中的半衰期为12.26年，经过半衰期后释放出β粒子后形成稳定的He-3，从而使氚的浓度达到平衡。当氚在空气中被氧化成水后，它就被分布到水循环中了。
对于氢气球，大家都很熟悉，因为每当欢庆喜悦的日子，我们都会看到许多氢气球。比如10月1日国庆节时，首都天安门前，就会有五颜六色、大大小小的气球高高地飘浮在空中，迎风飘扬，翩翩起舞，漂亮至极，人们都说这是“白天的焰火”。
在空中飘浮的氢气球
市场上的氢气球
庆典活动中的氢气球
氢气球就是指轻质袋状或囊状物体充满氢气，靠氢气的浮力可以向上飘浮的物体。它一般有橡胶氢气球、塑料膜氢气球及布料涂层氢气球3种。较小的氢气球，当前多用于儿童玩具或前面所说的庆祝节日；较大的氢气球用于飘浮广告条幅，也叫空飘氢气球。气象上用氢气球探测高空，军事上用氢气球架设通信天线或发放传单。
可以载人的氢气球
世界上第一个氢气球诞生在1780年，法国化学家布拉克把氢气灌入猪膀胱中，制得世界上第一个氢气球。
氢气球里是氢气，氢原子是元素周期表第一个，它只含一个质子，相对分子量最小，氢气的密度最小。其实只要是密度比空气轻的都可以用，但是就不叫“氢气球”了。需要注意的是，玩氢气球时存在不安全的因素，氢气易燃烧爆炸，如果在人口密集区存有大量氢气球，就要当心自身的安全！当然，纯净的氢气自己不会爆炸，只是和氧气混合后遇火会爆炸，考虑安全问题，现在已经比较少用氢气充气球了。
五颜六色的氢气球
氢气球的生产方法主要有两种，一种是氢气瓶灌充法，即用充有压缩氢气的氢气瓶灌充，这样生产的氢气球价格比较高；另一种是充氢气球机灌充法，即用充氢气球机经过化学反应产生氢气灌充。这样生产的氢气球价格比较低，适宜移动性作业。
用于装饰的氢气球
在人类漫长的历史长河中，经受了无数次的洪水、干旱以及地震等自然灾害。古时候人们很迷信，认为这些都是因为自己做错了什么事触怒了上天，所以上天降下灾祸。随着科学的发展，人们逐渐认识到并没有什么天神，这些都是自然现象，而且可以对它们进行预测。
在东汉时我国人民就能预测地震，但对于洪水，却一直无能为力。洪水一来就要淹没村庄，毁坏农田，有时甚至会危害人类。怎么才能对付洪水呢？科学家研究发现，洪水是由长时间下暴雨造成的，暴雨又是从雨云中降下的。这样，只要能观测到云层的厚度和水分，就可以预报天气，人们在听到暴雨来临的消息后就会做好预防措施。这样就减轻了洪水带来的危害。
可是，云朵都飘浮在高空，人类又没有翅膀，飞不到那样的高度，怎么办呢？
在化学家发现了氢气后，这个问题便一下子解决了。人们制作了许多氢气球，让它们带上观测设备，这样，人们不用上天，就可以知道天空中云层的变化，从而做出准确的天气预报。
氢的化学性质
氢太容易起化学反应，以至于它不能以元素的自由态形式存在。它很容易失去电子提供给其他元素，使它只能以化合物的形式存在于自然界中。氢很容易与氧结合生成水，与氮反应生成氨气（NH3），还可以与碳结合形成有机碳化合物。
如烷烃CnH2n+2（如辛烷，C8H18）、碳水化合物CnH2n+2On（如葡萄糖，C6H12O6）。所以，在自然资源中没有氢分子存在，因此大量的氢气只能通过易分解的含氢化合物（如水和甲烷）的分解而制得。
氢的化学性质很复杂。它参与了许多类型的化学反应，可以由下面的反应进行说明。
（1）作还原剂。氢原子在酸性溶液中通过氧化还原反应将它的电子（HH++e-）给了一个更活泼的金属，如铁，其反应式如下：
Fe2O3+3H22Fe+3H2O
（2）作氢化剂。一个氢分子添加到不饱和有机分子中，在反应过程中碳—碳双键打开，两个氢原子加到打开的键上，其反应式如下：
CxHYCOOH+H2CxHY+2COOH
（3）作结合剂。氢原子和其他元素结合成键形成氢化物。这种类型的反应有两种形式，如共价氢化物，如水或氨，其反应式如下：
2H2+O22H2O或3H2+N22NH3
另一种是离子氢化物，氢作为阴离子［H——H-+P（hole）］，从一个金属（或合金）晶格原子接受一个电子形成一种金属氢化物。例如，氢气和钠反应生成离子氢化物NaH，其反应式如下：
2Na+H22NaH
在这个反应中，钠为阳离子（Na+），氢为阴离子（H-）。这类氢化物由氢和合金（如铁—钛和一些地球上的稀有物质）形成，是更多的共价物。这些合金金属氢化物用作汽车的储罐，因为它的形成过程是放热的，需要时，可以通过加热合金来游离氢化物从而获得氢气，作为氢燃料的供应。
值得注意的是，在常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其他物质发生化学反应。但是，当条件发生变化时，比如加热、点燃或使用催化剂等，情况就不同了，氢气就会发生燃烧、爆炸或者化合反应。不纯的氢气点燃时会发生爆炸。这里存在一个界限，当空气中所含氢气的体积占混合体积的4%～74.2%时，点燃都会发生爆炸，这个体积分数范围叫做爆炸极限。
氢气和氟、氯、氧、一氧化碳以及空气混合均有爆炸的危险。其中，氢与氟的混合物在低温和黑暗环境就能发生自发性爆炸；氢与氯的混合比是1∶1时，在光照下也可爆炸。氢由于无色无味，燃烧时火焰是透明的，其存在不易被感官发现，因此，在许多情况下，可以向氢气中加入乙硫醇（乙硫醇是一种无色液体，有蒜气味），以便氢气泄漏时可以闻到，并可同时赋予火焰以颜色。
氢气易燃易爆，曾经有过不少这样的例子。历史上的“兴登堡”火灾就是一起著名的氢气事故。1936年3月，德国的齐柏林飞艇公司完成了梦幻般的飞艇LZ129“兴登堡”号的建造，它是齐柏林飞艇为德国政府建造的飞艇舰队中最先进的也是最大的一艘，人们以当时的德国总统兴登堡的名字为其命名。它是20世纪30年代“空中的豪华客轮”，曾经连续34次满载乘客和货物横跨风急浪高的大西洋，到达北美和南美。
“兴登堡”号飞艇堪称是当时世界上最大、最先进、最豪华的飞艇，它所搭载的旅客也都是成功商人和社会名流。1937年5月6日，这艘大的飞艇正在新泽西州莱克赫斯特海军航空总站上空准备着陆，但在着陆过程中突然起火，仅仅几分钟的时间，华丽的“兴登堡”号飞艇就在这场灾难性的事故中被大火焚毁，97名乘客和乘务人员中至少有23人死亡。当时大家都在思考着一个问题，即为什么飞艇会突然起火呢？具体原因目前尚不清楚，不过很多人认为它是由发动机放出的静电或火花点燃了降落时放掉的氢气所致。
另一种说法是，地面静电通过系留绳索传到艇身，使凝聚在气囊蒙布上的一层水滴导电，把整个艇体变成一个巨大的电容器；雷电交加的暴雨点燃了集结在飞艇后部的氢气。“兴登堡”号失事后，飞艇退出历史舞台。
自古水火不相容，我们都知道这个浅显的道理，因此，通常情况下，我们都是用水来浇灭火，消防部队就是一个很好的例子。如果说海水也能燃烧，海面上燃起通天大火，人们可能会感到不可思议，甚至觉得是天方夜谭。但事实证明，海水确实能燃烧。
1977年11月19日上午，孟加拉湾偏西热带气旋袭击了印度的安德拉邦，狂风过后，数千米的海面上突然燃起了熊熊烈火。发生大火的原因是当时时速达200千米的大风与海水发生猛烈摩擦，瞬间产生了特别高的热量，将水中的氢原子和氧原子分离，在大风中电荷的作用下，使氢离子发生爆炸，从而形成一片“火海”。据科学家估算，这场大火所释放的能量，相当于200颗氢弹爆炸时所释放的全部能量。
这不得不令人感到惊讶。但我们在惊讶之余也会得到很大的启发，那就是海水中蕴藏着氢，蕴藏着巨大的能量，如果把海水中的氢原子与氧原子分离，就可以把氢作为能源加以利用，那时，波涛汹涌的海洋便是人类取之不尽的能源宝库。
的确，在一定条件下，氢与氟、氯、氧等结合会发生爆炸，但这并不影响我们对氢气的开发和利用，也不会影响氢能作用的发挥，相反我们会更多地对氢在人们的生产生活中的神奇力量而称赞，并为之震撼！
