Elemente Chimice - Hidrogenul[H]

   Hidrogenul este un element chimic sub forma de gaz, la temperatura camerei, Este incolor, inodor, insipid si foarte inflamabil. Atunci cand arde in aer, formeaza apa. Chimistul francez Antoine Lavoisier a numit hidrogenul dupa cuvintele grecesti pentru "cel care formeaza apa".
   Hidrogenul are cei mai mici atomi fata de alte elemente. Un atom de hidrogen contine un proton, incarcat electric pozitiv si un electron, cu atat mai mic. Hidrogenul se gaseste sub forma de gaz, dar nu si in atmosfera. In gaz, perechile de atomi de hidrogen se unesc pentru a forma molecule. Hidrogenul a fost unul din primii atomi care s-au format in Univers. S-au format la aproximativ trei minute dupa Big Bang, explozia care a format Universul asa cum il stim. Protonii au inceput sa se combine cu electronii pentru a forma atomi de Hidrogen abia dupa 300.000 de ani si s-a terminat dupa 1.000.000 de ani. Inauntrul stelelor, nucleii se combina in reactii nucleare pentru a forma atomi de Heliu. Aceste reactii chimice creeaza lumina si caldura Soarelui si a altor stele. Hidrogenul este primul element din Tabelul PEriodic si este reprezentat de litera "H". De obicei este plasat in perioada 1, Grupa intai. El se poate combina cu aproape orice element si sa formeze compusi chimici mai multi decat orice alt element.
   Hidrogenul este al zecelea cel mai intalnit element pe pamant. Deoarece este foarte usor, acesta ocupa mai putin de 1% din masa totala a pamantului, Hidrogenul pur nu se gaseste in natura, deoarece el nu poate intretine viata, dar unii vulcani si puturi de ulei degaza o cantitate infima de hidrogen gaz. Hidrogenul se gaseste in orice corp omenesc.Keratina, are se gaseste in unghii si fire de par si in enzimele din intestine. Se gaseste si in ADN, in moleculele din mancarea care ne furnizeaza energie zilnic : proteine, grasimi si carbohidrati. Alti compusi care contin oxigen sunt metanul (CH4), etanul, (C2H6), propanul (C3H8) si butanul(C4H10), in metanol si etanol (CH3OH si C2H5OH). El formeaza si compusi anorganici, cum ar fi apa, amoniacul (NH3), acidul clorhidric (HCl) si hidroxidul de sodiu( NaOH).
   Este cel mai cunoscut element din unvers. Spectroscoapele, instrumente care masoara lumina si capacitatea luminii de a detecta elementul care o produce au descoperit ca in Soare exista Hidrogen si in majoritatea stelelor, daca nu in toate. Multi cercetatori cred ca din hidrogen au derivat alte elemente chimice 90% din atomii din Univers sunt de Hidrogen, 9% Heliu si restul de 1% alte elemente. Elemente mai grele se produc prin fuziune, proces prin care un atom se transforma complet intr-un alt atom, al altui element. Fuziunea are loc la o temperatura foarte mare, de aproximativ 200 de milioane de grade Celsius. La aceasta temperatura, atomii se unesc. Atomii de hidrogen din stele fuzioneaza pentru a forma Heliu, iar reacita de fuziune degaja energie. Odata ce procesul incepe, steaua se incalzeste, astfel incat la un miliard de grade Celsius, aproape orice element se poate forma. Hidrogenul se gaseste in spatiul interstelar, ca atom al gazului si ca molecule, raspandit ca o molecula pe centimetru cub.
   Hidrogenul pur se gaseste sub forma de gaz in conditii normale, la temperatura camerei si presiune atmosferica normala. Are molecula diatomica, reprezentata ca H2. este mult mai usor decat aerul. La o temperatura de 0 grade celsius, are o densitate de 0.090 grame pe litru, unde aerul are 1.0 grame pe litru Are o temperatura de fierbere la -258,8 grade celsius si ingheata la -259,14 grade Celsius. Hidrogenul lichid este incolor in cantitati mici, dar capata o culoare albastruie in cantitati mai mari. Hidrogenul solid este tot incolor. Izotopii de hidrogen sunt atomi ai aceluiasi element care contin cantitati diferite de neutroni in nucleu. Majoritatea atomilor de Hidrogen nu au neutroni in nucleu. Cercetatorii reprezinta acesti atomi cu simbolul 1H. Atomii 1H au un singur proton in nucleu. Izotopul, numit protiu, in 99.98 la suta din cazuri. In 0.02% din cazuri, atomii au un neutron si un proton. Izotopul se numeste Deuteriu. Deuteriu a fost primul izotop descoperit. El este folosit in foarte multe experimente. Este reprezentat de simbolul 2H. Al treilea izotop se numeste tritiu (3H). Are doi neutroni si un proton in fiecare nucleu si are masa atomica 3. Tritiul se gaseste in mai putin de 10.000 de atomi de Hidrogen si este radioactiv.
   La temperatura camerei, hidrogenul nu reactioneaza cu alte substante. Legatura dintre cele doua molecule de hidrogen este foarte puternica si poate fi rupta doar cu o cantitate de energie foarte mare. Incalzit la flacara sau cu scantei, hidrogenul gaz va reactiona violent in cu oxigenul in aer pentru a produce apa. In urma procesului de electroliza al apei, aceasta se va descompune in Hidrogen si Oxigen, cele doua elemente care o compun. In alte molecule care contin hidrogen, legatura de covalenta dintre un atom de hidrogen si alt atom este foarta slaba si se rupe usor. Acesti compusi se numesc acizi. Acestia actioneaza coroziv asupra suprafetelor. Acizii slabi, cum ar fi acidul acetic, CH3CO2H, care se gaseste in otet sau acidul citric (HOC[CH2CO2H]2CO2H), care se gaseste in citrice, dau mancarii un gust acrisor. Cand un acid se amesteca cu apa, atunci se dizolva si legatura dintre element si hidrogen se rupe, lasand electronul in urma.Atomul de hidrogen se incarca pozitiv, devenind un ion pozitiv.  Partea incarcata negativ din acid, spre exemplu CH3CO2, ramasa de la acidul acetic se numeste anion. Hidrogenul realizeaza legaturi ionice cu unele metale, creand un compus numit hidrid. Doi atomi formeaza o legatura ionica atunci cand un atom doneaza celuilalt un electron. In legaturile ionice ale hidridelor, atomul metalului da hidrogenului un electron, astfel rezultand ionul negativ de hidrogen si metalul devine ion pozitiv. Ionii incarcati diferit se atrag dupa aceea, pentru a forma alt compus. (NaH).
   Hidrogenul poate crea o legatura unica, numita legatura de hidrogen, care se formeaza doar cu atomi de Oxigen, Azot sau cu Fluor. Cercetatorii cred ca aceste legaturi speciale sunt cele mai importante dintre toate. Hidrogenul tine moleculele de apa "legate", prevenind moleculele sa se separe sau sa se evaporeze la o temperatura joasa. Fara aceste legaturi, apa ar fierbe pe la -80 de grade Celsius, in loc de 100 de grade. Legaturile de hidrogen tin impreuna si legaturile ADN. Hidrogenul este situat in grupa I, perioada intai, deoarece are un singur electron si se comporta asemeni metalelor alcaline din grupa IA. Dar el nu este un metal propriu-zis, doar sub presiuni extreme el devine condctor de electricitate si reflecta lumina. Unii astrologi considera ca acel camp magnetic care se afla in jurul planetei Jupiter este creat de catre hidrogenul metalic ce inconjoara planeta. Presiunea imensa inauntrul planetei previne unirea a doi atomi de hidrogen. La aproximativ 5000 de grade Celsius si o presiune de 1,8 milioane de ori mai mare decat cea a pamantului, hidrogenul se transforma in metal. Pe langa electroliza apei, hidrogenul a mai fost obtinut si prin reactia unui metal cu un acid. O astfel de reactie are loc intre Zinc si Acid Clorhidric. Ecuatia chimica este urmatoarea: Zn+2HCl=ZnCl2+H2.
   El mai este produs prin dizolvarea clorurii de potasiu in apa (NaCl+H2O=NaOH+H2)
   Din hidrogen se obtine amoniacul, dupa metoda chimistului german Fritz Haber, iar din amoniac se produc ingrasaminte si explozive. Se obtine metanul, folosind o cantitate mare de hidrogen, si alcoolul metanol (CH3OH), folosit ca degivrant. Industria alimentara adauga hidrogen la uleiuri lichide, formand margarina. Metalurgistii folosesc hidrogenul pentru a separa metalele pure de oxizii lor. In reactia oxidului de Cupru cu Hidrogenul, Oxigenul se uneste cu Hidrogenul, lasand in urma Cuprul. Cercetatorii mai folosesc hidrogenul lichid pentru a studia superconductivitatea electrica si alte efecte. Hidrogenul gaz pluteste in aer, fiind folosit pentru a ridica Zeppeline in aeri si alte nave. Deoarece este si foarte inflamabil, au avut loc o multime de accidente, cum ar fi explozia Hindenberg din 1937. Aeronavele folosesc acum heliul, deoarece nu este inflamabil si este mai sigur. Hidrogenul se foloseste drept combustibil pentru automobile, frigidere, avioane si este mult mai usor de manevrat si pastrat. In acest moment se creeaza automobile ce folosesc Hidrogenul ca sursa unica de combustibil, pentru a fi mai ecologice. Industria aerospatiala foloseste Hidrogenul drept combustibil pentru navete. Inginerii sunt interesati de folosirea hidrogenului drept combustibil pentru avioane, deoarece are o densitate mai mica. Combustibilii obisnuiti ingreuneaza prea mult avioanele, astfel putand fi economisita energie valoroasa. Hidrogenul combustibil ar putea eradica poluarea, din moment ce produce apa atunci cand arde. Inginerii folosesc izotopii oxigenului, deuteriul si oxidul de deuteriu, numit si apa grea pentru a controla activitatea nucleara din uzine. Deuteriul este de doua ori mai greu decat protiul, astfel si compusul de apa format este mai greau. Uzinele nucleare folosesc oxidul de deuteriu pentru a incetini particulele implicate in reactia nucleara, incetinind reactia cu totul. Incetinirea reactiilor le permite cercetatorilor sa studieze in amanunt conditiile in care are loc si ce fenomene chimice mai au loc.
Chimistul englez Henry Cavendish a descris proprietatile hidrogenului gaz pe la mijlocul anilor 1700. Cavendish a numit hidrogenul "Aer inflamabil" si a inceput sa-l studieze. In acelasi timp cu el, fizicianul James Watt sustinea si el ca a descoperit hidrogenul, dar Cavendish a ramas in istorie ca fiind primul. Deuteriul si tritiul au fost descoperiti in secolul 20. Dupa Primul Razboi Mondial, fizicianul Francis W. Aston a inventat spectograful, descoperind izotopii hidrogenului. In 1932 americanul Harold C. Urey si asociatii lui au izolat si au descoperit deuteriul. Acesta a prezis ca apa formata cu ajutorul deuteriului se evaporeaza mai greu decat cu protiul. Tritiul a fost format prin "bombardarea" deuteriului cu cate un proton si un neutron, prin anii 1940.

   SURSA 02
 
   1.Starea naturala.
   Hidrogenul este elementul cu mult cel mai raspândit din univers. În atmosfera stelelor calde si în spatiul interstelar, hidrogenul exista sub forma de atomi liberi. În interiorul stelelor foarte calde, hidrogenul este continut sub forma de protoni. Acestia apar si în razele cosmice, ca produsi secundari ai interactiunii razelor cosmice primare cu atomi mai grei.
   În straturile exterioare solide si lichide ale globului pamântesc, accesibile cercetarii chimice, hidrogenul se gaseste (combinat cu alte elemente) în cantitate mica. Atmosfera Pamântului contine numai urme de hidrogen, în straturile superioare. Cea mai mare parte din hidrogenul de la suprafata Pamântului este combinat cu oxigenul , sub forma de apa. Printre celelalte combinatii importante ale hidrogenului, ce apar în natura sunt combinatiile organice din plante si animale.

   2.Hidrogenul molecular H2 . Proprietati fizice
- hidrogenul este un gaz fara culoare si fara miros. Dupa heliu, se lichefiaza cel mai greu dintre toate gazele.
- Densitatea lui este mai mica decât a tuturor celorlalte gaze, având masa moleculara cca. 2, iar masa moleculara medie a gazelor din aer fiind 28,9 , hidrogenul este de 14,4 ori mai usor decât aerul.
- Caldura specifica a hidrogenului este mai mare decât a celorlalte gaze
- Viteza de difuziune a hidrogenului este mai mare decât a tuturor celorlalte gaze. Viteza de trecere a unui gaz printr-un orificiu îngust este invers proportionala cu radacina patrata a densitatii gazului. Cauza acestui fenomen este ca viteza medie, u , a moleculelor H2. În miscarile lor termice, este la aceeasi temperatura mult mai mare decât a moleculelor celorlalte gaze.
- Hidrogenul este foarte putin solubil în lichide. Unele metale dizolva hidrogen la temperatura ridicata , ferul pâna la de 19 ori , iar paladiul pâna la de 875 ori propriul sau volum

   Proprietati chimice
- Hidrogenul molecular este un gaz stabil termic pâna la temperaturi ridicate
- Hidrogenul nu este deosebit de reactiv, energia de legatura a celor doi atomi în molecula H fiind mare.
- Combinarea hidrogenului cu nemetalele. Cu oxigenul si cu clorul , hidrogenul reactioneaza violent. Amestecuri stoechiometrice de hidrogen cu oxigen sau clor explodeaza când vin în contact cu o flacara, o scânteie electrica sau, în cazul clorului, când sunt expuse luminii.
2H2 + O2 -> 2H2O
H2 + Cl2 -> 2HCl
- În mod similar, dar mai violent reactioneaza hidrogenul cu Fluorul, dând HF.
- Cu alte nemetale, cum sunt bromul si iodul, hidrogenul reactioneaza numai la temperatura mai ridicata. Reactiile sunt reversibile si au loc cu viteza mica.
Br2 + H2 -> 2HBr
I2 + H2 -> 2HI
- hidrogenul reactioneaza direct cu multe metale, dând hidruri metalice.

   3. Obtinerea hidrogenului molecular
- În laborator, hidrogenul se prepara din zinc si acid clorhidric diluat, în aparatul Kipp sau în alte aparate similare sau prin electroliza unei solutii apoase de NaOH.
- În industrie, se obtine hidrogen ca produs secundar, la fabricarea clorului si a hidroxidului de sodiu, prin procedee eletrolitice
- În cantitati mari, hidrogenul se obtine în industrie din asa-numitul "gaz de apa", un amestec de H2 + CO, ce ia nastere din carbune incandescent si apa : C + H2O . Oxidul de carbon din gazul de apa se " converteste " în hidrogen printr-o reactie catalitica (Fe) cu apa (CO + H2O -> CO2 + H2 ). Bioxidul de carbon format se îndeparteaza prin dizolvare în apa rece, sub presiune.
  Mai avantajoasa este metoda bazata pe reactia metanului cu vapori de apa, la circa 900 - 10000 în prezenta unui catalizator de nichel , pe suport ceramic :
CH4 + H2O -> CO + 3H2 H= + 48,9 kcal/mol
   În fabricile de amoniac, daca se introduce în cuptor în loc de oxigen aer, gazul rezultat contine, în acest caz , si azot N2 si este utilizat la sinteza amoniacului.
- Hidrogenul se obtine si în reactii de descompunere termica sau piroliza, ale hidrocarburilor, efectuate în absenta oxigenului. În industria petrochimica se pirolizeaza fractiuni din petrol pentru obtinerea etenei si a altor hidrocarburi. Hidrogenul este o componenta a gazului de iluminat si de cocserie, care se formeaza prin încalzirea carbunelui la cca 10000 în absenta aerului. Aceste gaze din urma contin pâna la 50% H2 .

   5. Utilizari
   Hidrogenul molecular, serveste în cantitati foarte mari la fabricarea amoniacului. Serveste apoi în reactii de hidrogenare a legaturilor duble C=C din grasimi si din alti compusi organici, precum si pentru desulfurarea petrolurilor bogate în sulf . În ultimul timp, hidrogenul lichid este folosit drept combustibil pentru rachete. 

   SURSA 03
 
  Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H şi numărul atomic 1.
   Hidrogenul este cel mai simplu şi cel mai uşor element chimic. Este un gaz uşor inflamabil, fără culoare şi miros.
   Hidrogenul este principala componentă a Soarelui, având o pondere de 73% din compoziţia acestuia.
   Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinaţie a două cuvinte greceşti, având semnificaţia de "a face apă".
   Pentru necesităţi industriale există diferite procedee de fabricaţie puse la punct sau în fază de laborator.
   Hidrogenul este un gaz puternic reactiv şi îşi găseşte aplicaţii datorită capacităţii sale chimice de gaz reducător. Hidrogenul se foloseşte în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor, în prelucrările mecanice ale metalelor şi în tratamentul termic al acestora.
   Ca alternativă a benzinei pentru propulsarea vehiculelor dotate cu motoare cu ardere internă, hidrogenul este una din variante. Avantajele sale principale constau în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă, iar randamentul motoarelor cu hidrogen este ridicat. Dezavantajul este pericolul mare de explozie şi lipsa unor reţele de staţii de alimentare cu hidrogen.

   Descoperire
   Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul şi fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment între mercur şi acizi. Când a adăugat cele două substanţe, a observat mici bule de gaz în amestec. Acest lucru l-a determinat să conducă o anchetă suplimentară, numind substanţa necunoscută „aer inflamabil”. În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când este supus arderii.
   O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, descoperind gazul independent de Cavenish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacţii chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un aparat închis, vaporii formaţi condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H2). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil” al lui Cavendish în combinaţie cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen”, nomeclatura fiind de origine greacă (hydro înseamnă apă, iar genes înseamnă a crea).

   Rolul în teoria cuantică
   Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton şi un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii, au reprezentat centrul dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H2 şi a cationului H2+ au determinat înţelegerea 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, căldura molară 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 distribuirea în spaţiu ale nivelurilor de energie de rotaţie, care la H2 sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste niveluri îndepărtate împiedică la temperaturi mici distribuirea uniformă (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotaţie. Compuşii diatomici gazoşi formaţi din atomi mai grei nu au spaţii mari între niveluri şi nu prezintă acelaşi efect.

   Proprietăţi fizice
   Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H2) este de aproximativ 14,4 ori mai uşor decât aerul. Punctul său de fierbere este de 20,27 K, iar cel de topire este de 14,02 K. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăţi termodinamice (fenomene de transport) sunt datorate masei moleculare mici şi vitezei medii a unei molecule de 1770 m/s la 25°C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică şi cea mai mare efuziune dintre toate toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.
   Mobilitate hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, aceasta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilenă şi cuarţ. Un important fenomen este acela de difuzare în fier, platină şi în alte metale tranziţionale. Aceasta conduce la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, şi la probleme legate de transport, depozitare şi de prelucrare ale amestecurilor de hidrogen.

   Combustie
   Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil şi se va aprinde în aer la concentraţii de volum între 4% şi 75%. Entalpia de combustie a hisrogenului este de −286 kJ/mol:
2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572  kJ (286 kJ/mol)
   Amestecul dintre oxigen şi hidrogen în proporţii variate este explozibil. Hidrogenul se autoaprinde şi explodează în contact cu aerul în intervzalul de puritate cuprins între 4% şi 75%, temperatura la care se aprinde în mod spontan în aer fiind de 560 °C (1,040 °F). Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiaţii ultraviolete invizibile cu ochiul liber. H2 reacţionează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacţiona spontan şi violent la temperatura camerei cu clorul şi fluorul, formând HCl şi HF.

   Râspândirea în Univers şi pe Pământ
   Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă şi mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantităti mari în stele si planetele gigantice gazoase. Norii moleculari de H2 sunt asociati cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie si în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleara dintre protoni.
   În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom si in stadiul de plasmă. Proprietătile acestora sunt diferite fata de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul si protonul de hidrogen nu formează legături în stadiul de plasmă, din cauza unei conductivităti electrice diferite si a unei emisii mari (originea luminii emise de către Soare şi alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influentate de câmpurile magnetice si electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interactionează cu magnetosfera terestra, generând curenţi Birkeland si aurora. Hidrogenul se găseste în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.
   În conditii normale, hidrogenul elemental există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H2, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forta gravitatională a planetei nu actionează asupra sa. Totusi, hidrogenul (în compusii săi) este cel mai răspândit element de la suprafata Terrei. Cei mai întâlniti compusi chimici ai săi sunt hidrocarburile si apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii si alge, acesta fiind componentul principal al flatulenţei. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

   Atomul de hidrogen
   Nivelurile de energie ale electronului   Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6  eV. Nivelele superioare se consideră a fi excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit). Nivelele energetice ale atomului de hidrogen pot fi calculate folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie cirulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui. Forţa electromagnetică atrage electronul şi protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile celeste se atrag datorită gravitaţiei. Conform discretizării momentului cinetic postulat de Bohr, electronul poate avea doar o anumită distanţă faţă de proton şi poate ocupa doar anumite nivele energetice.
   O descriere mai exactă a atomului de hidrogen provine din fizica cuantică ce calculează densitatea probabilă a electronului în jurul protonului pe baza ecuaţiei lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

   Izotopii
   Hidrogenul are trei izotopi naturali, 1H, 2H şi 3H. Alții, ce au nucleele foarte instabile (4H to 7H), au fost sintetizati în laborator dar nu au fost observați în natură.
  * 1H este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, întâlnindu-se într-o proportie mai mare de 99,98%. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.
  * 2H, celalalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut si sub numele de deuteriu. Conţine în nucleu un proton si un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum. Nu este radioactiv si nu reprezintă o importantă sursă de poluare. Apa ce este bogată în deuteriu se mai numeste si apă grea. Deuteriul si compusii săi sunt utilizati ca etalon în experimentele neradioactive si ca solvent pentru 1H-spectroscopia NMR. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron si ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fusiune nucleară de larg consum.
  * 3H se mai numeste si tritiu; conţine în nucleu un proton si doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin descompunere beta si are un timp de înjumătătire de 12.32 ani. Cantităti mici din acest izotop sun răspândite si în natură, acesta rezultând din interactia razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul a fost eliberat si în timpul testelor nucleare. It is used in nuclear fusion reactions, Este folosit si în reactii de fusiune nucleară, pentru a evidentia si studia geochimia izotopilor. Si în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează si în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei.
   Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii cei mai răspânditi. Simbolurile D si T (în loc de 2H şi 3H) sunt uneori folosite pentru deuteriu si tritiu, dar P este deja utilizat pentru fosfor, deci nu este disponibil pentru protiu. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar 2H şi 3H sunt preferate.

   Forme elementale moleculare ale hidrogenului
   Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli şi formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli şi formează un singlet. La temperatură şi presiune standard, hidrgenul gazos conţine 25% parahidrogen şi 75% ortohidrogen („starea normală” a hidrogenului). Proporţiile în care se găsesc orto şi parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată şi are o energie mai mare, deci este instabilă şi nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape total din parahidrogen. Proprietăţile fizice ale parahidrogenului pur diferă puţin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferenţele dintre formele orto şi para se manifestă şi în compuşii care conţin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.
   Transformarea între orto şi parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfăşoară mai rapid odată cu creşterea temperaturii, astfel H2 condensat rapid conţine o cantitate mare de ortohidrogen care se converteşte în parahidrogen foarte încet. Proporţia de orto/para în H2 condensat este o consideraţie importantă în prepararea şi stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este exotermă, producându-se suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizaţi la această transformare, cum ar fi oxid feric, carbonul activat, azbest platinizat, compuşi ai uraniului, metale rare, oxid de crom, câţiva compuşi ai nichelului, sunt utilizaţi în timpul răcirii hidrogenului.
   O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H3+ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. Deasemenea, a fost observată şi în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabila în afara Terrei datorită temperaturii scăzute şi a densităţii. H3+ este unul din cei mai răspândiţi ioni din Univers, jucând un rol important pentru chimia ce studiază mediul interstelar.

   Hidrogenul metalic
   În general, hidrogenul este catalogat drept nemetal, însă la temperaturi joase şi la presiuni mari se poate comporta ca un metal. Hidrogenul metalic a fost obţinut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbari şi la 20 K. Aliajul SiH4 a fost metalizat în 2008, descoperindu-se a fi un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicţiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar şi la presiuni moderate, hidrogenul formează un substrat cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

   Compusii hidrogenului
   Compusii covalenti si cei organici. 
   Chiar dacă H2 nu este foarte reactiv in conditii standard, formează compusi cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obtin prin reactia din elemente (carbon si hidrogen), desi producerea gazului de sinteză în procesul Fischer-Tropsch poate fi considerată aprope o exceptie deoarece procesul incepe cu cărbune, iar hidrohenul este generat in situ. Hidrogenul poate forma compusi cu elmenetale mai electronegative decat el, cum ar fi halogenii; in acest tipi de compusi, hidrogenul prezintă o sarcină pozitiva partială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legatură de hidrogen, ce este un factor important in stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compusi si cu elementele mai putin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină partial negativă. Acesti compusi sunt cunoscuti sub numele de hidruri.

   Termochimie  
  Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei, unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor si ciclul sulfurii hibrie sunt studiate, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen si oxigen din apă si căldură fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franta, Germania, Grecia, Japonia si Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară si apă. 

sursa:ipedia.ro