Proprietățile hidrogenului includ faptul că, în starea sa naturală pe Pământ, este un gaz incolor, inodor, care este extrem de inflamabil. Este cel mai ușor element cunoscut că există în natură, ocupând în medie 75% din toată masa universului în stele, planete și alte obiecte stelare. Hidrogenul este, de asemenea, esențial pentru întreaga viață de pe Pământ, unde reprezintă 14% din greutatea materiei vii, deoarece formează cu ușurință legături cu oxigenul pentru a crea apă și carbon pentru a crea moleculele care stau la baza pe care structurile vii și majoritatea moleculelor organice. sunt construite.
În timp ce cea mai abundentă formă de hidrogen este protium, unde are doar un proton în nucleul său atomic și un electron pe orbită în jurul nucleului, există și alți doi izotopi ai hidrogenului. Protiul reprezintă 99.985% din totalul hidrogenului natural, iar deuteriul reprezintă un alt aproape 0.015% având atât un proton, cât și un neutron în nucleul atomic, ceea ce îi conferă o masă de două ori mai mare decât a protiului. Tritiul este a treia formă de hidrogen, care este extrem de rară în natură, dar poate fi produsă artificial. Este instabil și prezintă dezintegrare radioactivă cu un timp de înjumătățire de 12.32 ani. Are doi neutroni în nucleul atomic pentru un proton și este un compus cheie produs și utilizat în armele cu bombe cu hidrogen pentru a le spori randamentul, precum și în producția de energie de fisiune nucleară și în cercetarea fuziunii nucleare.
Proprietățile chimice ale hidrogenului, cu doar un electron pe orbită, îl fac să fie un element foarte reactiv care formează legături cu multe alte elemente. În starea sa naturală în atmosferă, se leagă de un alt atom de hidrogen, așa cum o face oxigenul, pentru a forma H2. Moleculele de H2 pot fi, de asemenea, unice în funcție de spinul nucleelor lor, moleculele de H2 în care ambele nuclee se rotesc în aceeași direcție fiind numite ortohidrogen, iar cele cu spini opuse cunoscute sub denumirea de parahidrogen. Ortohidrogenul este cea mai comună formă de H2 la presiunea atmosferică și temperatura normale sub formă de gaz, dar, atunci când este răcit la formă lichidă, cum ar fi pentru combustibilul pentru rachete, ortohidrogenul se transformă în parahidrogen.
Proprietățile fizice ale hidrogenului și abundența sa pe scară largă pe uscat și în oceanele Pământului fac din acesta un domeniu important de cercetare ca aprovizionare cu combustibil practic nelimitată. Toate formele de combustibili fosili și alcooli, cum ar fi benzina, gazul natural și etanolul, sunt compuse din lanțuri de hidrocarburi în care hidrogenul, carbonul și, uneori, oxigenul sunt legați împreună. Separarea hidrogenului pur ca sursă de combustibil abundentă și cu ardere curată este ușor de realizat, dar forța necesară pentru a elibera hidrogenul de legăturile chimice și apoi a-l răci pentru stocare necesită adesea mai multă energie decât poate genera hidrogenul pur în sine. Din acest motiv, proprietățile hidrogenului înseamnă că cele mai frecvente utilizări ale acestuia sunt acolo unde se găsește în legături chimice cu alte elemente.
Cercetarea în producția de energie de fuziune se bazează, de asemenea, pe proprietățile chimice ale compușilor cu hidrogen, deuteriu și tritiu. Proprietățile hidrogenului utilizate de toate stelele fuzionează atomii de hidrogen împreună sub presiune intensă pentru a elibera heliu și energie sub formă de lumină și căldură. Presiuni similare sunt generate în unitățile de cercetare folosind câmpuri magnetice puternice, lasere de izolare inerțială sau impulsuri electrice în SUA, Europa și Japonia.
Pe măsură ce are loc fuziunea atomilor de hidrogen, se creează un atom de heliu care transportă 20% din excesul de energie din proces, iar 80% din energie este transportată de un neutron liber. Această energie neutronică sau căldură este apoi absorbită de un fluid pentru a crea abur și a alimenta o turbină pentru a produce electricitate. Procesul rămâne, totuși, încă experimental, începând cu 2011. Acest lucru se datorează presiunilor extraordinare care trebuie menținute pentru a fuziona atomii de hidrogen în mod continuu și pentru a face mașini care să reziste la temperaturi produse prin fuziune care ajung la 212,000,000 ° Fahrenheit (100,000,000 ° Celsius). ).