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1766年卡文迪许向英国学会提交了一篇研究报告《人造空气实验》讲了他用铁、锌等与稀硫酸、稀盐酸作用制得“易燃空气”即氢气并用普利斯特里发明的排水集气法把它收集起来进行研究。他发现的某种金属分别与足量的各种酸作用所产生的这种气体的量是固定的与酸的种类、浓度都无关。他还发现氢气与空气混合后点燃会发生爆炸又发现氢气与氧气化合生成水从而认识到这种气体和其它已知的各种气体都不同。但是由于他是燃素说的虔诚信徒按照他的理解这种气体燃烧起来这么猛烈富含燃素硫磺燃烧后成为硫酸那么硫酸中是没有燃素的而按照燃素说金属也是含燃素的。所以他认为这种气体是从金属中分解出来的而不是来自酸中。他设想金属在酸中溶解时“它们所含的燃素便释放出来形成了这种可燃空气”。他甚至曾一度设想氢气就是燃素这种推测很快就得以当时的一些化学家舍勒、基尔万（KirwanR.1735-1812）等的赞同。由于把氢气充到气球中气球便会徐徐上升这种现象当时曾被一些燃素学说的信奉者们用来作为他们“论证”燃素具有负重量的根据。但卡文迪许究竟是一位非凡的科学家后来他弄清楚了气球在空气中所受浮力问题通过研究证明氢气是有重量的只是比空气轻很多。他是这样做实验的先把金属和装有酸的烧瓶称重然后将金属投入酸中用排水集气法收集氢气并测体积再称量反应后烧瓶及内装物的总量。这样他确定了氢气的比重只是空气的9%.但这些化学家仍不肯轻易放弃旧说鉴于氢气燃烧后会产生水于是他们改说氢气是燃素和水的化合物。

虽然氢气在通常状态下不是非常活泼但氢气与绝大多数元素会组成化合物。碳氢化合物已知有数以百万种但它们不会由氢气和碳直接化合形成。氢气与电负性较强的元素如卤素反应在这些化合物中氢的氧化态为+1。氢与氟、氧、氮成键时可生成一种较强的非共价的键称为氢键。氢键对许多生物分子具有重要意义。 氢也与电负性较低的元素如活泼金属生成化合物这时氢的氧化态通常为 -1这样的化合物称为氢化物。

氢与碳形成的化合物由于其与生物的关系通常被称为有机物研究有机物的学科称为有机化学而研究有机物在生物中所起的作用的科学称为生物化学。按某些定义“有机”只要求含有碳。但大多数含碳的化合物通常都含有氢。这些化合物的性质主要是由碳氢键决定的。故有时有机物的定义要求物质含有碳氢键。

无机化学中H- 可以作为桥接配体连接配合物中的两个金属原子。这样的特性通常在13族元素中体现尤以铝配合物。

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对氢原子的氧化也即让氢原子失去其电子即可得到H+氢离子。氢离子不含电子由于氢原子通常不含中子故氢离子通常只含1个质子。这也就是为什么常将H+直接称为质子的原因。H+是酸碱理论的重要离子。

裸露的质子H+不能直接在溶液或离子晶体中存在这是由氢离子和其他原子、分子不可抗拒的吸引力造成的。除非在等离子态物质中氢离子不会脱离分子或原子的电子云。但是“质子”或“氢离子”这个概念有时也指带有一个质子的其他粒子通常也记做“H+”。

为了避免认为溶液中存在孤立的氢离子一般在水溶液中将水和氢离子构成的离子称为水合氢离子H3O+。但这也只是一种理想化的情形。氢离子在水溶液中事实上以类似于H9O4+的形式存在。

尽管在地球上少见H3+离子质子化分子氢却是宇宙中常见的离子之一。

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氢气是一种极易燃的气体在空气中的体积分数为4%至75%时都能燃烧。氢气燃烧的焓变为−286 kJ/mol

2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l); ΔH = -572 kJ/mol

氢气占4%至74%的浓度时与空气混合或占5%至95%的浓度时与lv气混合时是极易爆炸的气体在热、日光或火花的刺激下易引爆。氢气的着火点为500 °C。纯净的氢气与氧气的混合物燃烧时放出紫外线。

因为氢气比空气轻所以氢气的火焰倾向于快速上升故其造成的危害小于碳氢化合物燃烧的危害。氢气与所有的氧化性元素单质反应。氢气在常温下可自发的和lv气需要光照反应 氢气和氟气在冷暗处混合就可爆炸生成具有潜在危险性的酸氯化氢或氟化氢。

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