1、元素概述
氢元素（Hydrogenium）是元素周期表中的第一号元素，化学符号为H，其原子仅由1个质子与1个电子组成，原子质量为1.u（1u就定义为C12原子的1/12）。
氢原子示意图早在年，波义耳首次通过酸和金属制备了氢气。到年，卡文迪许发现氢气是一种独立物质。直到年，拉瓦锡将其命名为“Hydrogenium”，意为“生成水的物质”（其中“hydro-”是“水”，“-gen”是“生成”，”-ium"是元素通用后缀）。到19世纪30年代，国内根据合信编写的《博物新编》将其译为“氢”，即最轻的元素。
氢元素作为宇宙里最古老（大爆炸后“仅”37.9万年就产生的两种元素之一）、最多（总数量的90%与总质量的75%）、最轻的元素，分布在已知世界的每一个角落，具有着无可比拟的重要作用，它主宰了宇宙的物质世界，也组成并孕育了生命。
在宇宙中主星序恒星主要都是等离子态的氢（起源于氢分子云），而地球上我们身边游离态的氢单质就比较罕见了（甚至氢不是地球上含量最多的元素）。
2、发现历史
2.1、认识的历程
受过的义务教育告诉大家，氢元素是元素周期表的一号元素，而且酸中的氢离子可以和金属活动性比它更活泼的金属反应并产生氢气。但是，这个今天看来简单的知识，却经历了两三百年的时间才形成。
早在16世纪，瑞士医生帕拉塞尔苏斯就发现铁屑和硫酸能产生可燃气体，但因为医生工作繁忙没继续研究下去，错过了在化学史上留名的机会；到了17世纪初，比利时科学家海尔蒙特也研究了氢气，发现了氢气可燃但不助燃的性质，但也没能更进一步；直到17世纪后半叶，英国化学家波义耳追随老师海尔蒙特的脚步进行了制备氢气的实验并展开研究，描述了气体的性质；直到年，英国化学家卡文迪许终于发现这是一种新的单质，与反应原料无关，并分离出氢气单质、测量了与空气混合爆炸的极限（9.5%~65%）；在后续研究中，卡文迪许进一步发现新单质气体密度为空气的9%。
在年，卡文迪许又通过实验发现2单位体积的氢气与1单位体积的氧能刚好燃烧生成水，证明了水是氢和氧的化合物（但是卡文迪许和前几年制备氧气的舍勒和普利斯特里都是“燃素说”的拥趸，对自己的实验都懵了，自己支持的学说解释自己的实验矛盾重重，不知道其实氢是一种新元素而水不是……最后还得是同时氧气制备先驱的拉瓦锡站出来，通过实验分解了水，推翻了“燃素说”才使实验得到合理解释），这也是元素名称“生成水的物质”的由来。
普利斯特里、拉瓦锡与舍勒前面这些大神各个是化学史上重要人物，他们的研究推动着人类认知的前进，虽然像卡文迪许一样很多科学家都有自己的局限性，但他们做出的贡献也是不可磨灭的，人类认识、利用氢的征途就此展开。
2.2、进一步研究
有了从氢气产生水的实验后，相反的电解水反应直到年才由尼科尔森、卡莱尔和里特实现并分开收集两种气体（后来人们一直在寻找高效的分解水的方法，希望能使氢能源更便宜、便捷）。
氢元素作为第一主族元素（碱金属族），虽然和同族的“锂钠钾铷铯钫”等元素不一样，没有金字旁，但是同样最外层只有一个电子，于是它们相似的性质也使人难免去猜测，金属氢是否有制备的可行性。
实验发现，在极端高压下氢分子间共价键会断裂，外层电子释放形成一片“电子的海洋”，与一般金属通过自由电子导电的性质一样，这种状态通常存在于大行星与恒星内核之中。金属氢不仅具有金属特性，且因密度高（是液氢的7倍）而具有高能量密度（kJ/g），是理想的航空推进剂与炸药材料，此外，也是核聚变和超导的理想材料。
通过超高压制备金属氢但是除了固液气三态和金属氢之外，氢是否还有别的状态呢，氢负离子是否能在离子型氢化物外存在呢？实际上，自然环境甚至身边都会有氢等离子体的存在，它们能在高温、无氧还原的环境下产生（如火山岩浆冷却时），也能通过真空等离子体放电管人工制造，还会存在于生物细胞内ATP（三磷酸腺苷）产生过程中存在。
3、元素介绍
3.1、元素诞生
谈到氢元素的起源，理应从作为宇宙起源主流观点的大爆炸理论说起：大爆炸理论认为现在的宇宙是由~亿年前一个高密度且高温的太初状态（可以认为是时间的起点，空间的源头）扩展而来的，在这个过程中，宇宙的温度随着物质的飞散而降低，各种粒子开始逐渐的产生。
在大爆炸发生后10^-12秒内，各种粒子包括质子、中子与其对应的反粒子开始形成，玻色子、中微子、电子、夸克以及胶子开始稳定下来。此时温度下降至足够程度，电弱相互作用开始分解为电磁相互作用与弱相互作用。
到10^-4秒数量级时，电子、中微子与其对应的反粒子等轻子开始与其他粒子的平衡相中分离。
在0.01秒后，温度还有10^11K量级，此时粒子以光子、电子、中微子为主，质子仅占总数的1/10^9。
在0.12秒后，温度降至3*10^10K，中子质子比从1.0降低到0.61。
在1.1秒后，温度大约为10^10K，此时中微子向外逃逸，正负电子湮没反应开始出现，但是核力仍无法束缚中子和质子。
在13.83秒后，温度降至3*10^9K，此时在核力的约束下氢、氦类原子核开始形成。
原子核形成在秒后，温度降至10^9K以下，粒子转变基本停止。在宇宙诞生的前4分钟内，形成现在世界的所有原材料基本都已经产生，所有反应的初始条件也都已具备，一出好戏开始拉开帷幕。
在这出戏唱到37万年时，第一个小高潮到来——此时宇宙温度大约为K，此时氢原子核氦原子们已经变成了大家所熟知的形态，整个宇宙的演化正式转进现有模式中。可以说这个时候就已经决定今天的世界是必定会产生的了。
至于为什么是氢和氦先登场呢？这与形成他们的原材料是有很大关联的。在大爆炸的早期阶段，宇宙里的粒子无非就是质子、中子、光子、电子、中微子等，以及一些氘、氦原子核等基本粒子的简单组合粒子。而当到30万年左右时，中微子已不再参与原子形成，而光子并不参与原子形成，因此主要由质子、中子、电子和α粒子形成最初的原子。在上述粒子中，质子数量最多，是α粒子的11倍，中子少得可怜，且质子和α粒子可直接作为原子核，因此最初的原子氢占了92%，氦占了8%，以及很少的氘（即使过了亿年的现在，氢依然占了90%，氦占了9%）。
还有一个不容易被注意的问题，为什么宇宙在诞生的一瞬间就已经产生了几乎所有的粒子，但为什么直到30万年后才会形成原子呢？这就要从温度与粒子的能量来解释了——在宇宙诞生之初，超高的温度使粒子具有极强的能量，导致其无法被作用力所束缚。在十多秒后核力才开始将乱窜的质子和中子束缚到一起形成氦核，而氘核更不稳定，直到四分钟后才形成。此时温度还不够低，直到30万年的时间才使温度满足原子核与电子相互作用的电磁相互作用成为它们之间主导的作用。
3.2、元素含量
当我们凝望夜空，在夜空中的点点繁星，是无处不在的氢元素正在向氦元素的转变时放出的光辉。
放眼今天的宇宙，无穷的星系包含了数不清的恒星和星云，而这每一颗恒星和每一片星云，都是由90%的氢原子和9%的氦原子所构成，可以说，氢元素是整个宇宙占主导地位的元素，数量是其他元素总和的倍。
把目光收回到我们所位于的太阳系，即使在这里，氢元素也占有超过81.75%的数量比例，依然是最常见的元素。
让我们聚焦身边，在地球环境上就与整体宇宙环境不大一样，在这里较少存在游离状态的氢元素，总体上以水中的氢元素、土中的氢元素和有机物中的氢元素的形式存在。在地壳中，氢元素只占原子总数的17%，占总质量的1%；空气中氢气只占约二百万分之一。
3.3、元素家族
从课本上我们知道氢元素一家有三兄弟，分别是氕、氘和氚（唯一同位素有专有名称的元素——历史上每种同位素都有特有名称，现已不再使用）。在自然环境下氕是主体，占了总量的99.99%，而氘、氚在的含量可以忽略不计。但是，实际上在实验室环境中，还可以制备4号到7号的氢同位素。
氢同位素兄弟氕（氢-1，Protium，也记作P，现P已作为磷的符号）：
原子核只有一个质子，丰度达99.98%，是结构最简单的原子。是日常使用中最常见的同位素种类。
氘（氢-2，Deuterium，也记作D）：
原子核由一个质子和一个中子组成，氢的稳定形态同位素，也称为重氢，自然环境下含量为氕的分之一。氘少量存在于天然水中，可作为中子减速剂与冷却剂用于核反应（作为中水的一部分），将来也许有成为核聚变燃料的潜力，也可在生物与化学领域作为示踪原子。
氚（氢-3，Tritium，也记作T）：
原子核由一个质子和两个中子所组成，也称为超重氢。氚带有放射性，会发生β衰变，半衰期为12.43年，因此大量吸入或摄入都会对人体产生内照射损伤（一种放射损伤）。氚在自然界中极少，主要通过核反应产生，主要用于热核反应，也用作发光材料与化学生物学实验的放射性标识。
氢-4：
原子核由一个质子和三个中子所组成。氢-4主要通过用氘原子核轰击氚原子核产生，氚原子核会在该过程中吸收一个氘原子核上的中子生成氢-4的原子核。氢-4的半衰期为9.×10^-22秒。
氢-4.1：
原子核由二个质子和二个中子所组成，结构上类似于氦（但其中一个电子是渺子，轨道相对外层电子轨道与原子核很接近，近似视作原子核的一部分）是一种奇异原子。一个渺子重约0.1u，故命名为氢-4.1。在化学反应中氢-4.1原子可参加反应，性质更接近氢而不像氦原子。
氢-5：
原子核由一个质子和四个中子所组成。氢-5主要通过用氚原子核轰击氚原子核产生，氚原子核会在该过程中吸收一个氚原子核上的两个中子生成氢-5的原子核。氢-5的半衰期为8.×10^-22秒。
氢-6：
原子核由一个质子和五个中子所组成，非常不稳定，半衰期为3×10^-22秒。
氢-7：
原子核由一个质子和六个中子所组成，非常不稳定，半衰期为2.3×10^-23秒（未经实验验证，理论计算）。
3.4、元素性质
常温常压下，氢气是一种易燃、无色、无味的气体。氢的-1（氢化物）、0（原子）、+1（质子）三种氧化态具有截然不同的化学性质。
氢气分子是相当惰性的，其与氦原子在统一的原子模型里是等电子的。直到年，才由库巴斯描述过渡金属与氢分子的配位，其间的作用也被命名为库巴斯键。
与分子状态的稳定不同的是，氢原子在得到一个电子成为氢阴离子（H-）形成氢化物或失去一个电子成为氢阳离子（H+）时就很活泼，不过通常情况下氢离子已更复杂的形式存在。氢与除稀有气体之外几乎所有元素发生反应生成化合物。氢阴离子是强碱和强还原剂，氢阳离子是强酸和强氧化剂（在强酸环境下氢阳离子可轻易将烷烃变成碳正离子）。
在量子力学诞生后，氢作为最简单的原子自然成为了重要的研究对象，对氢原子能级、成键等方面的广泛研究极大的助力了各类理论模型的研究与验证。
3.5、元素用途
氢最为常见元素之一，在日常生活中也有着极为广泛的用途。
氢气首先是一种清洁燃料，制备方便、对环境友好且可以循环生产，具有广阔的前景。氢气在同样质量下具有更高的能量，因此可用来作为航天的燃料（在一百年前也作为热气球的升力来源），支撑人类探索未知。
欧洲阿丽亚娜5火箭在年飞利浦实验室发现氢可以以氢化物的形式被金属间化合物可逆地吸收之后，电化学储氢的成功使得镍氢电池在千禧年前夕开始普及，相比于传统电池更清洁、更安静、更高效，人类开始更广泛地利用氢能。
镍氢电池同时，正如在宇宙中无处不在的恒星一般，人类也开始进行氢同位素的可控核聚变研究，期待在可见的未来翻开人类核能使用的新篇章。
最近在金属氢问世后，除了其瞩目的超导材料潜质外，其更强大的储能能力也为将来氢在能源领域的应用带来了更光明的希望。
除了作为能源外，氢气因其还原性在工业上也有许多其他用途。氢气可以用于原油的精炼，可以制造人造油脂，可用于甲醇、氨、盐酸的合成，可用于焊接和金属切割，可用于玻璃熔化，可用于冶金工业，可用于半导体制造等。
除了工业领域外，氢气正在作为一种治疗气体广阔地应用于医疗领域——因为氢能降低各种自由基相关疾病损伤，且具有分子体积小、扩散能力强、理想的生物兼容性、经济等优势，正在更多地受到重视。
4、元素故事
4.1、最著名的兴登堡飞艇事故
众所周知，氢气因为其较小的密度可以为气球、飞艇等类型飞行器提供升力。虽然氢气因为其含量高、易制取、成本低等因素，大大降低了飞行的成本，但是另一点广为人知的缺点也一直形影不离——氢气易燃易爆炸，作为飞艇的主要升力来源需要格外注意火灾等威胁。
上世纪30年代制造的兴登堡号飞艇是德国继齐柏林号之后的第二艘巨型空运飞艇，由16个巨型氢气囊组成，长米（波音的3.5倍）、宽41.4米（波音的6.5倍），可来往于欧洲与美洲之间提供客运服务。
兴登堡号飞艇但是，因为更为安全的氦气生产成本高、产量低，且美国当时对德国进行了氦气禁运，兴登堡号无法采用全氦方式甚至外氦内氢结构，为后来产生的悲剧埋下了伏笔。
在兴登堡号的最后一次飞行中，兴登堡号因下雨和逆风的原因，比预计时间晚了12小时抵达美国新泽西州莱克霍斯特海军航空总站。为了能赶在最佳降落时间降落飞艇，艇长剧烈操作飞艇导致结构钢索断裂划破了氢气囊，随后氢气外漏弥漫在飞艇各个角落。在降落准备阶段，飞艇上放下的降落牵引绳相当于地线，将飞艇穿过降雨云时积累的电荷都引至地上，电流引起飞艇部分金属部件过热甚至部分位置产生了火花，最终引发了火灾。（还有人为安置炸弹的说法，以及当地农夫因飞艇惊吓致母鸡不下蛋而生气开枪报复的说法，此处不谈。）
飞艇尾部发生爆炸后，10秒后艇身大部被火焰笼罩，34秒后变成了一个燃烧的火球，燃烧的骨架轰然坠地……虽然在救援人员的全力挽救下97名成员中有61人死里逃生，但依然有36人葬身火海。
燃烧坠地的飞艇在此次教训后，全世界各国逐渐不再使用氢气作为飞行器升力来源，我国甚至在近年来逐步禁止氢气球的售卖。
4.2、氢作为万物基础的旧荣光
自从人类开始思考以来，什么是物质世界的基础的问题一直就不缺