Xem mã nguồn của Hydro

{{1000 bài cơ bản}}
{{Thông tin hydro}}
'''Hydro''' là một [[nguyên tố hóa học]] trong [[bảng tuần hoàn|hệ thống tuần hoàn các nguyên tố]] với nguyên tử số bằng 1, [[nguyên tử khối]] bằng 1 [[Dalton (đơn vị)|u]]. Trước đây còn được gọi là '''khinh khí''' (như trong "[[vũ khí hạt nhân|bom khinh khí]]" tức [[Vũ khí nhiệt hạch|bom H]]); hiện nay từ này ít được sử dụng. Sở dĩ được gọi là "khinh khí" là do hydro là nguyên tố nhẹ nhất và tồn tại ở thể [[chất khí|khí]], với trọng lượng nguyên tử 1,00794 amu. Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong [[vũ trụ]], tạo nên khoảng 75% tổng [[khối lượng]] vũ trụ và tới trên 90% tổng số [[nguyên tử]]. Các [[sao]] thuộc dải chính được cấu tạo chủ yếu bởi hydro ở trạng thái [[plasma]]. Hydro nguyên tố tồn tại tự nhiên trên [[Trái Đất]] tương đối hiếm do khí hydro nhẹ nên [[tương tác hấp dẫn|trường hấp dẫn]] của Trái Đất không đủ mạnh để giữ chúng khỏi thoát ra ngoài [[không gian]], do đó hydro tồn tại chủ yếu dưới dạng hydro nguyên tử trong các tầng cao của khí quyển Trái Đất.

[[Đồng vị]] phổ biến nhất của hydro là [[proti]], ký hiệu là H, với [[hạt nhân nguyên tử|hạt nhân]] là một [[proton]] duy nhất và không có [[neutron]]. Ngoài ra hydro còn có một đồng vị bền là [[deuteri]], ký hiệu là D, với hạt nhân chứa một proton và một neutron và một đồng vị phóng xạ là [[triti]], ký hiệu là T, với hai neutron trong hạt nhân.

Với vỏ nguyên tử chỉ có một [[electron]], [[nguyên tử hydro]] là nguyên tử đơn giản nhất được biết đến, và cũng vì vậy nguyên tử hydro tự do có một ý nghĩa to lớn về mặt lý thuyết. Chẳng hạn, vì nguyên tử hydro là nguyên tử trung hòa duy nhất mà [[phương trình Schrödinger]] có thể giải được chính xác nên việc nghiên cứu năng lượng và cấu trúc điện tử của nó đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của cả [[cơ học lượng tử]] và [[hóa học lượng tử]].

Ở điều kiện thường, các nguyên tử hydro kết hợp với nhau tạo thành những phân tử gồm hai nguyên tử H<sub>2</sub>. (Ở những nhiệt độ cao, quá trình ngược lại xảy ra.) Khí hydro lần đầu tiên được điều chế một cách nhân tạo vào đầu thế kỷ XVI bằng cách nhúng [[kim loại]] vào trong một [[acid]] mạnh. Vào những năm 1766-1781, [[Henry Cavendish]] là người đầu tiên nhận ra rằng hydro là một chất riêng biệt và rằng khi bị đốt trong không khí nó tạo ra sản phẩm là nước. Tính chất này chính là nguồn gốc của tên gọi tiếng Pháp ''hydrogène'' (được tạo ra bằng cách ghép [[tiếp đầu ngữ]] tiếng Hy Lạp ''hydro-'', có nghĩa là "nước", với [[tiếp vĩ ngữ]] tiếng Pháp ''-gène'', có nghĩa là "tạo ra").<ref>[https://www.etymonline.com/word/hydrogen hydrogen], Online Etymology Dictionary, truy cập ngày 14 tháng 1 năm 2018.</ref> Ở điều kiện tiêu chuẩn, hydro là một chất khí lưỡng nguyên tử không màu, không mùi, không vị và là một [[phi kim]].

Trong các [[hợp chất]] [[ion]], hydro có thể tồn tại ở hai dạng. Trong các hợp chất với kim loại, hydro tồn tại dưới dạng các [[ion|anion]] hydride mang một điện tích âm, ký hiệu H<sup>-</sup>. Hydro còn có thể tồn tại dưới dạng các [[ion|cation]] H<sup>+</sup> là ion dương sinh ra do nguyên tử hydro bị mất đi một [[electron]] duy nhất của nó. Tuy nhiên một [[ion]] dương với cấu tạo chỉ gồm một [[proton]] trần trụi (không có [[electron]] che chắn) không thể tồn tại được trong thực tế do tính dương điện hay tính acid và do đó khả năng phản ứng với các phân tử khác của H<sup>+</sup> là rất cao. Một [[cation hydro]] thực sự chỉ tồn tại trong quá trình chuyển proton từ các [[acid]] sang các [[base]] ([[phản ứng acid-base]]). Trong dung dịch nước H<sup>+</sup> (do chính nước hoặc một loại acid khác phân ly ra) kết hợp với phân tử nước tạo ra các cation hydroni H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>, thường cũng được viết gọn là H<sup>+</sup>. Ion này đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong hóa học acid-base.

Hydro tạo thành các hợp chất cộng [[hóa trị]] với hầu hết các [[Nguyên tố hóa học|nguyên tố]] khác. Nó có mặt trong [[nước]] và hầu hết các [[hợp chất hữu cơ]] cũng như các cơ thể sống.

== Tính chất ==
Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hydro là một khí lưỡng nguyên tử có công thức phân tử H<sub>2</sub>, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi 20,27 K (-252,87&nbsp;°C) và nhiệt độ nóng chảy 14,02 K (-259,14&nbsp;°C). Tinh thể hydro có cấu trúc lục phương. Hydro có hóa trị 1 và có thể phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học khác.

===Sự cháy===
[[Tập tin:Shuttle Main Engine Test Firing cropped edited and reduced.jpg|thumb|upright|left|Động cơ chính tàu con thoi đốt hydro với oxy, một phản ứng cháy hầu như không thấy được.]]

Khí hydro (hay phân tử hydro)<ref>{{chú thích web
|url=http://www.usm.maine.edu/~newton/Chy251_253/Lectures/LewisStructures/Dihydrogen.html
|title=Dihydrogen
|work=O{{=}}CHem Directory
|publisher=[[University of Southern Maine]]
|access-date =ngày 6 tháng 4 năm 2009
|archive-date = ngày 24 tháng 12 năm 2012 |archive-url=https://www.webcitation.org/6D9jJ0ebz?url=http://web1.uct.usm.maine.edu/~newton/Chy251_253/Lectures/LewisStructures/Dihydrogen.html
|url-status=dead
}}</ref> có tính cháy cao và sẽ cháy trong không khí trong khoảng nồng độ thể tích từ 4% đến 75%.<ref>
{{chú thích tạp chí
|last=Carcassi|first=M.N.
|last2=Fineschi|first2=F.
|title=Deflagrations of H<sub>2</sub>–air and CH<sub>4</sub>–air lean mixtures in a vented multi-compartment environment
|journal=Energy
|volume=30|issue=8|pages=1439–1451
|year=2005
|doi=10.1016/j.energy.2004.02.012
 |issn = 0360-5442 }}</ref> [[Entropy]] của quá trình cháy hydro là −286 kJ/mol:<ref>
{{chú thích sách
|author=Committee on Alternatives and Strategies for Future Hydrogen Production and Use, [[United States National Research Council|US National Research Council]], [[United States National Academy of Engineering|US National Academy of Engineering]]
|year=2004
|title=The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs
|page=240
|publisher=[[National Academies Press]]
|isbn=0-309-09163-2|url=http://books.google.com/?id=ugniowznToAC&pg=PA240
}}</ref>
: 2 H<sub>2</sub>(g) + O<sub>2</sub>(g) → 2 H<sub>2</sub>O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)<ref group="note">286 kJ/mol: năng lượng/một mol vật liệu cháy (phân tử hydro)</ref>

Khí hydro nổ với hỗn hợp không khí với nồng độ 4–74% và với clo nếu nồng độ nó là 5–95%. Hỗn hợp có thể được đốt cháy bằng tia lửa, nhiệt hoặc ánh sáng mặt trời. Nhiệt độ tự cháy của hydro trong không khí là {{convert|500|C|F}}.<ref>{{chú thích sách
|url=http://books.google.com/?id=-CRRJBVv5d0C&pg=PA402|page=402
|title=A comprehensive guide to the hazardous properties of chemical substances
|publisher=Wiley-Interscience|isbn=0-471-71458-5
|year=2007
|author=Patnaik, P
}}</ref> Hỗn hợp oxy-hydro tinh khiết cháy phát ra ánh sáng tử ngoại và hỗn hợp với nhiều oxy cháy gần như không thể quan sát bằng mắt thường như được minh họa trong [[RS-25|Space Shuttle Main Engine]] so với chùm lửa dễ nhìn thấy của [[Space Shuttle Solid Rocket Booster]]. Việc phát hiện rò rỉ khí hydro cháy có thể cần một thiết bị báo cháy; rò rỉ như vậy có thể rất nguy hiểm. Ngọn lửa hydro trong các điều kiện khác là màu xanh, giống như ngọn lửa khí đốt thiên nhiên màu xanh.<ref>[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010218009000170 hydrogen flame visibility]</ref>

=== Nguyên tử hydro ===
{{chính|Nguyên tử hydro}}

Nguyên tử hydro là nguyên tử của nguyên tố hydro. Nó bao gồm một electron có điện tích âm quay xung quanh proton mang điện tích dương là hạt nhân của nguyên tử hydro. Điện tử và proton liên kết với nhau bằng [[Lực tĩnh điện|lực Coulomb]]
[[Tập tin:Dihydrogen-3D-vdW.png|nhỏ|283x283px|'''[[Phân tử]] Hydro''']]

== Đồng vị ==
Hydro có 3 đồng vị tự nhiên gồm {{chem|1|H}}, {{chem|2|H}} và {{chem|3|H}}. Các đồng vị khác có hạt nhân không bền ({{chem|4|H}} đến {{chem|7|H}}) được tổng hợp trong phòng thí nghiệm nhưng không quan sát được trong tự nhiên.<ref name="Gurov">{{chú thích tạp chí|author=Gurov, Yu. B.; Aleshkin, D. V.; Behr, M. N.; Lapushkin, S. V.; Morokhov, P. V.; Pechkurov, V. A.; Poroshin, N. O.; Sandukovsky, V. G.; Tel'kushev, M. V.; Chernyshev, B. A.; Tschurenkova, T. D|title=Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei|journal=Physics of Atomic Nuclei|year=2004|volume=68|issue=3|pages=491–97|doi=10.1134/1.1891200|bibcode = 2005PAN....68..491G }}</ref><ref name="Korsheninnikov">{{chú thích tạp chí|title=Experimental Evidence for the Existence of <sup>7</sup>H and for a Specific Structure of <sup>8</sup>He|journal=Physical Review Letters|year=2003|volume=90|issue=8|page=082501|doi=10.1103/PhysRevLett.90.082501|bibcode=2003PhRvL..90h2501K
|display-authors=8|last1=Korsheninnikov|first1=A.|last2=Nikolskii|first2=E.|last3=Kuzmin|first3=E.|last4=Ozawa|first4=A.|last5=Morimoto|first5=K.|last6=Tokanai|first6=F.|last7=Kanungo|first7=R.|last8=Tanihata|first8=I.|last9=Timofeyuk|first9=N.}}</ref>

Hydro là nguyên tố duy nhất có các tên gọi khác nhau cho các [[đồng vị]] của nó. (Trong giai đoạn đầu của nghiên cứu phóng xạ, các đồng vị phóng xạ nặng khác nhau cũng được đặt tên, nhưng các tên gọi này không được sử dụng, mặc dù một nguyên tố, [[radon]], có tên gọi mà nguyên thủy được dùng chỉ cho một đồng vị của nó). Các ký hiệu D và T (thay vì H<sup>2</sup> và H<sup>3</sup>) đôi khi được sử dụng để chỉ đơteri và triti, mặc dù điều này không được chính thức phê chuẩn. Ký hiệu P đã được sử dụng cho [[phosphor]] và không thể sử dụng để chỉ [[proti]].
* <sup>1</sup>H: Đồng vị phổ biến nhất của hydro chiếm hơn 99,98%, đồng vị ổn định này có hạt nhân chỉ chứa duy nhất một proton; vì thế trong miêu tả (mặc dù ít) gọi là proti.<ref>{{chú thích tạp chí|authors=Harold C. Urey; Brickwedde, F. G.; Murphy, G. M.|title=Names for the Hydrogen Isotopes|journal=Science|year=1933|volume=78|issue=2035|pages=602–603|doi=10.1126/science.78.2035.602|pmid=17797765|bibcode = 1933Sci....78..602U }}</ref>
* <sup>2</sup>H: Đồng vị ổn định có tên là [[deuteri]], với thêm một neutron trong hạt nhân. Nó chiếm khoảng 0,0184-0,0082% của toàn bộ hydro ([[IUPAC]]); tỷ lệ của nó tới proti được xác định liên quan với nước tham chiếu tiêu chuẩn của [[Vienna Standard Mean Ocean Water|VSMOW]]. Deuteri không có tính phóng xạ, và không thể hiện độc tính. Nước được làm giàu chứa deuteri thay vì hydro thông thường được gọi là [[nước nặng]]. Deuteri và các hợp chất của nó được dùng để đánh dấu đồng vị trong các thí nghiệm hóa sinh và trong các dung môi dùng {{chem|1|H}}-quang phổ NMR.<ref>{{chú thích tạp chí
|author=Oda, Y; Nakamura, H.; Yamazaki, T.; Nagayama, K.; Yoshida, M.; Kanaya, S.; Ikehara, M.
|title=1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids
|journal=[[Journal of Biomolecular NMR]]
|year=1992|volume=2|issue=2|pages=137–47
|doi=10.1007/BF01875525
|pmid=1330130}}</ref> Nước nặng được dùng làm chất điều hòa neutron và chất làm lạnh trong các lò phản ứng hạt nhân. Deuteri cũng có thể là nhiên liệu tiềm năng trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân thương mại.<ref>{{chú thích báo
|last=Broad|first=William J.
|date=ngày 11 tháng 11 năm 1991
|title=Breakthrough in Nuclear Fusion Offers Hope for Power of Future
|work=The New York Times
|url=http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=9D0CE4D81030F932A25752C1A967958260&sec=&spon=&pagewanted=all
|access-date =ngày 12 tháng 2 năm 2008}}</ref>
* <sup>3</sup>H: Đồng vị phóng xạ tự nhiên có tên là [[triti]]. Hạt nhân của nó có hai neutron và một proton. Nó phân rã theo [[Phân rã beta|phóng xạ beta]] và [[chu kỳ bán rã]] là 12,32 năm.<ref name="Miessler" /> Do có tính phóng xạ nên nó có thể được dùng trong sơn phản quang, như trong các loại đồng hồ. Tấm thủy tinh ngăn chặn một lượng nhỏ phóng xạ thoát ra ngoài.<ref>''The Elements'', Theodore Gray, Black Dog & Leventhal Publishers Inc., 2009</ref> Một lượng nhỏ triti có mặt trong tự nhiên do sự phản ứng giữa các tia vũ trụ với các khí trong khí quyển; triti cũng được giải phóng trong các thử nghiệm vũ khí hạt nhân.<ref>{{chú thích web| author=Staff|date=ngày 15 tháng 11 năm 2007| url=http://www.epa.gov/rpdweb00/radionuclides/tritium.html| publisher=U.S. Environmental Protection Agency| title=Tritium|access-date =ngày 12 tháng 2 năm 2008}}</ref> Nó được dùng trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân,<ref>{{chú thích web| last=Nave| first=C. R.|title=Deuterium-Tritium Fusion| work=HyperPhysics| publisher=Georgia State University| year=2006| url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/nucene/fusion.html| access-date =ngày 8 tháng 3 năm 2008}}</ref> ở dạng vết trong địa hóa đồng vị,<ref>{{chú thích tạp chí| first=Carol| last=Kendall| first2=Eric| last2=Caldwell| title=Fundamentals of Isotope Geochemistry| publisher=US Geological Survey| year=1998| url=http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/isopubs/itchch2.html#2.5.1| access-date =ngày 8 tháng 3 năm 2008}}</ref> và đặc biệt trong các thiết bị tự phát sáng.<ref>{{chú thích web| title=The Tritium Laboratory| publisher=University of Miami| year=2008| url=http://www.rsmas.miami.edu/groups/tritium/| access-date=ngày 8 tháng 3 năm 2008| archive-date=2008-02-28| archive-url=https://web.archive.org/web/20080228061358/http://www.rsmas.miami.edu/groups/tritium/| url-status=dead}}</ref> [[Triti]] cũng được dùng trong các thí nghiệm ghi nhãn hóa học và sinh học.<ref name="holte">{{chú thích tạp chí| last=Holte| first=Aurali E.| last2=Houck| first2=Marilyn A.| last3=Collie| first3=Nathan L.| title=Potential Role of Parasitism in the Evolution of Mutualism in Astigmatid Mites| journal=Experimental and Applied Acarology| volume=25| issue=2| pages=97–107| publisher=Texas Tech University| location=Lubbock| year=2004|doi=10.1023/A:1010655610575}}</ref>[[Triti]] cũng có thể thay thế hydro trong nước giống như [[deuteri]] và tạo ra [[nước siêu nặng]].
* <sup>4</sup>H: Hydro-4 được tổng hợp khi bắn phá triti bằng hạt nhân đơteri chuyển động cực nhanh. Nó phân rã tạo ra [[bức xạ neutron]] và có chu kỳ bán rã 9,93696x10<sup>−23</sup> giây.
* <sup>5</sup>H: Năm [[2001]] các nhà khoa học phát hiện ra hydro-5 bằng cách bắn phá hydro bằng các ion nặng. Nó phân rã tạo ra bức xạ neutron và có chu kỳ bán rã 8,01930x10<sup>−23</sup> giây.
* <sup>6</sup>H: Hydro-6 phân rã tạo ra ba bức xạ neutron và có chu kỳ bán rã 3,26500x10<sup>−22</sup> giây.
* <sup>7</sup>H: Năm [[2003]] hydro-7 đã được tạo ra tại phòng thí nghiệm RIKEN ở [[Nhật Bản]]<ref>[http://physicsweb.org/articles/news/7/3/3 Home – Physics World<!-- Bot generated title -->]</ref> bằng cách cho va chạm dòng các nguyên tử [[heli|heli-8]] năng lượng cao với mục tiêu hydro lạnh và phát hiện ra các triton - hạt nhân của nguyên tử triti - và các [[neutron]] từ sự phá vỡ của hydro-7, giống như phương pháp sử dụng để sản xuất và phát hiện hydro-5.

== Lịch sử ==
===Phát hiện và sử dụng===
Hydro (trong [[tiếng Pháp]], '''hydrogène''', ''hydr-'', [[thân từ]] của '''hydros''', [[tiếng Hy Lạp]] nghĩa là "nước", và ''-gène'', [[tiếng Pháp]] nghĩa là "sinh", có nghĩa là "sinh ra nước" khi hợp với [[Oxy]]<ref>[http://dictionary.reference.com/browse/Hydrogen Hydrogen | Definition of Hydrogen at Dictionary.com<!-- Bot generated title -->]</ref> Năm 1671, [[Robert Boyle]] đã phát hiện và miêu tả phản ứng giữa [[sắt]] và acid loãng sinh ra khí hydro.<ref>Boyle, Robert "Tracts written by the Honourable Robert Boyle containing new experiments, touching the relation betwixt flame and air..." (London, England: 1672).</ref><ref>{{chú thích web |first=Mark|last=Winter|year=2007|url=http://education.jlab.org/itselemental/ele001.html|title=Hydrogen: historical information
|publisher=WebElements Ltd|access-date =ngày 5 tháng 2 năm 2008}}</ref> Năm 1766, Hydro lần đầu tiên được [[Henry Cavendish]] phát hiện như một chất riêng biệt, và đặt tên khí từ phản ứng kim loại-acid là "khí có thể cháy".<ref>{{chú thích web| title = Why did oxygen supplant phlogiston? Research programmes in the Chemical Revolution – Cambridge Books Online – Cambridge University Press| access-date = ngày 22 tháng 10 năm 2011| url = http://ebooks.cambridge.org/chapter.jsf?bid=CBO9780511760013&cid=CBO9780511760013A009| archive-date = 2022-06-20| archive-url = https://web.archive.org/web/20220620150927/http://ebooks.cambridge.org/chapter.jsf?bid=CBO9780511760013| url-status = dead}}</ref><ref>Just the Facts—Inventions & Discoveries, School Specialty Publishing, 2005</ref> và phát hiện năm 1781 rằng khí này tạo ra nước khi đốt. Ông thường được tín dụng cho phát hiện của nó như là một yếu tố.<ref name="Nostrand" /><ref name="nbb"/> Cavendish tình cờ tìm ra nó khi thực hiện các thí nghiệm với [[thủy ngân]] và các acid. Mặc dù ông đã sai lầm khi cho rằng hydro là hợp chất của thủy ngân (và không phải của acid), nhưng ông đã có thể miêu tả rất nhiều thuộc tính của hydro rất cẩn thận. Năm 1783, [[Antoine Lavoisier]] đặt tên cho nguyên tố này và chứng tỏ nước được tạo ra từ hydro và [[oxy]].<ref name="Stwertka"/> Không lâu sau, ông và [[Laplace]] lập lại thí nghiệm phát hiện của Cavendish thì nước được tạo ra khi hydro bị đốt cháy.<ref name="nbb"/> Lavoisier tạo ra hydro từ các thí nghiệm nổi tiếng của ông về bảo tồn khối lượng bằng cách phản ứng của dòng hơi nước với sắt kim loại qua một sống sắt nung trên lửa. Quá trình oxy hóa kỵ khí của sắt của các proton của nước ở nhiệt độ cao có thể được biểu diễn theo các phản ứng sau:

:Fe + H<sub>2</sub>O → FeO + H<sub>2</sub>

:2 Fe + 3 H<sub>2</sub>O → Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 3 H<sub>2</sub>

:3 Fe + 4 H<sub>2</sub>O → Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> + 4 H<sub>2</sub>

Nhiều kim loại như [[zirconi]] trải qua phản ứng tương tự với nước tạo ra hydro.

Hydro được hóa lỏng lần đầu tiên bởi [[James Dewar]] năm 1898 bằng cách sử dụng bộ phận làm lạnh và phát minh của ông [[phích nước]].<ref name="nbb"/> Ông đã tạo ra hydro rắn vào năm sau đó.<ref name="nbb"/> [[Deuteri]] được [[Harold Urey]] phát hiện vào tháng 12 năm 1931 bằng cách [[chưng cất]] một mẫu nước nhiều lần, với phát minh này Urey nhận [[giải Nobel]] năm [[1934]]. [[Triti]] được [[Ernest Rutherford]], [[Mark Oliphant]], và [[Paul Harteck]] điều chế năm 1934.<ref name="Nostrand" /> [[Nước nặng]] được nhóm của Urey phát hiện năm 1932.<ref name="nbb"/> [[François Isaac de Rivaz]] đã tạo [[động cơ de Rivaz]] đầu tiên sử dụng năng lượng từ việc đốt cháy hỗn hợp hydro và oxy năm 1806. [[Edward Daniel Clarke]] đã phát minh ra ống xì hàn hydro năm 1819. [[Đèn Döbereiner]] và [[đèn sân khấu]] được phát minh năm 1823.<ref name="nbb"/>

Một trong những ứng dụng đầu tiên của nó là khinh khí cầu, được [[Jacques Charles]] phát minh năm 1783.<ref name="nbb"/>. Hydro tạo lực nâng cho dạng du hành trên không vào năm 1852, đây là phát minh tàu hàng không dùng lực nâng hydro đầu tiên của [[Henri Giffard]].<ref name="nbb"/> [[Ferdinand von Zeppelin]] đã thúc đẩy ý tưởng khi khí cầu cứng dùng lực nâng của hydro mà sau này được gọi là [[Zeppelin]]; khinh khí cầu đầu tiên bay năm 1900.<ref name="nbb"/> Các chuyến bay trở nên thường xuyên hơn bắt đầu năm 1910 và khi nổ ra chiến tranh thế giới thứ nhất vào tháng 8 năm 1914, khi khí cầu đã vận chuyển 35.000 hành khách mà không có tai nạn nghiêm trọng. Tàu không khí lực nâng hydro được dùng làm các điểm qua sát và thả bom trong suốt cuộc chiến.

===Vai trò trong thuyết lượng tử===
[[Tập tin:Emission spectrum-H.svg|500px|nhỏ|Các vạch quang phổ phát xạ trong sóng ánh sáng khả kiến theo [[chuỗi Balmer]].]]
Do cấu trúc nguyên tử tương đối đơn giản của nó chỉ gồm một proton và một electron, [[nguyên tử hydro]], cùng với quang phổ ánh sáng từ nó hoặc nó hấp thụ, là trung tâm của sự phát triển học thuyết về cấu trúc nguyên tử.<ref>{{chú thích sách
|last=Crepeau
|first=Bob
|title=Niels Bohr: The Atomic Model
|journal=Great Scientific Minds
|publisher=Great Neck Publishing
|date=ngày 1 tháng 1 năm 2006
|isbn=1-4298-0723-7}}</ref> Hơn thế nữa, sự đơn giản tương ứng của phân tử hydro và cation tương ứng [[H2+|{{chem|H|2|+}}]] cho phép hiểu biết đầy đủ hơn về các liên kết hóa học tự nhiên, sau một thời gian ngắn sau khi cơ học lượng tử của nguyên tử hydro đã được phát triển vào giữa thập niên 1920.

Một trong những hiệu ứng lượng tử đầu tiên được nhận thấy rõ ràng là quan sát của Maxwell liên quan đến hydro, nửa thế kỷ trước khi học thuyết cơ học lượng tử được phát triển toàn diện. Maxwell đã quan sát [[nhiệt dung riêng]] của H<sub>2</sub> không thể tính được của khí hai nguyên tử dưới nhiệt độ phòng và bắt đầu ngày càng giống với khí đơn nguyên tử ở nhiệt độ đông đặc. Theo thuyết lượng tử, ứng xử này xuất phát từ khoảng cách các mức năng lượng quay (lượng tử hóa), nó làm mở rộng khoảng cách trong H<sub>2</sub> do khối lượng thấp của nó. Các mức khoảng cách rộng này ức chế tỷ lệ bằng nhau của năng lượng nung trong chuyển động quay trong hydro ở các mức nhiệt độ thấp. Các khí hai nguyên tử bao gồm các nguyên tử nặng hơn không có các mức khoảng cách rộng này và không thể hiện cùng hiệu ứng.<ref name="Berman">{{chú thích tạp chí
|authors=R. Berman; Cooke, A. H.; Hill, R. W.|title=Cryogenics|url=https://archive.org/details/sim_annual-review-of-physical-chemistry_1956_7/page/1|journal=Annual Review of Physical Chemistry
|year=1956|volume=7|pages=1–20
|doi=10.1146/annurev.pc.07.100156.000245|bibcode = 1956ARPC....7....1B }}</ref>

== Trạng thái thiên nhiên ==
Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm 75% các vật chất thông thường theo khối lượng và trên 90% theo số lượng nguyên tử.<ref>{{chú thích web|first=Steve|last=Gagnon|url=http://education.jlab.org/itselemental/ele001.html |title=Hydrogen|publisher=Jefferson Lab|access-date =ngày 5 tháng 2 năm 2008}}</ref> Nguyên tố này được tìm thấy với một lượng khổng lồ trong các ngôi sao và các [[hành tinh]] khí khổng lồ. Các đám mây phân tử của H<sub>2</sub> liên quan đến sự hình thành sao. Hydro đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng ngôi sao thông qua phản ứng proton-proton và tổng hợp hạt nhân [[chu trình CNO]].<ref>{{chú thích web
|authors=Hans Haubold & Mathai, A. M.
|date=ngày 15 tháng 11 năm 2007
|url=http://neutrino.aquaphoenix.com/un-esa/sun/sun-chapter4.html
|title=Solar Thermonuclear Energy Generation
|publisher=[[Columbia University]]
|access-date=ngày 12 tháng 2 năm 2008
|archive-date=2013-01-09
|archive-url=https://web.archive.org/web/20130109131537/http://neutrino.aquaphoenix.com/un-esa/sun/sun-chapter4.html
|url-status=dead
}}</ref>

Trong khắp vũ trụ, hydro được tìm thấy chủ yếu ở các trạng thái nguyên tử và [[plasma]] với các tính chất khác với hydro phân tử. Ở dạng plasma, electron và proton của hydro không liên kết cùng nhau, tạo thành các chất dẫn diện rất cao và phát xạ cao. Các hạt tích điện bị ảnh hưởng cao bởi từ trường và điện trường. Ví dụ, gió mặt trời tương tác với từ quyển của Trái Đất làm tăng dòng Birkeland và [[Aurora]]. Hydro được phát hiện ở trạng thái nguyên tử trung hòa điện trong các môi trường liên sao. Một lượng lớn hydro trung hòa được tìm thấy trong các hệ Lyman-alpha bị hãm được cho là thống trị mật độ baryon vũ trụ của Vũ trụ đến [[dịch chuyển đỏ]] ''z''=4.<ref>{{chú thích tạp chí
|last=Storrie-Lombardi|first=Lisa J.
|others=Wolfe, Arthur M.
|title=Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas
|journal=Astrophysical Journal
|year=2000|volume=543|pages=552–576
|arxiv=astro-ph/0006044
|doi=10.1086/317138
|bibcode=2000ApJ...543..552S
|issue=2}}</ref>

Tuy vậy, trên [[Trái Đất]] nó có rất ít trong [[khí quyển]] (1 [[ppm]] theo thể tích). Tuy nhiên, hydro là nguyên tố phổ biến thứ 3 trên bề mặt Trái Đất,<ref name="ArgonneBasic">{{chú thích web
|author=Dresselhaus, Mildred
|date=ngày 15 tháng 5 năm 2003
|url=http://www.sc.doe.gov/bes/hydrogen.pdf
|format=PDF
|title=Basic Research Needs for the Hydrogen Economy
|publisher=Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory
|access-date =ngày 5 tháng 2 năm 2008
|archive-date = ngày 13 tháng 2 năm 2008 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080213144956/http://www.sc.doe.gov/bes/hydrogen.pdf
|url-status=dead
}}</ref> chủ yếu là ở dạng hợp chất hóa học như nước và hydrocarbon.<ref name="Miessler">{{chú thích sách
|authors=Gary L. Miessler & Tarr, Donald A.|year=2003|title=Inorganic Chemistry|edition=3rd
|publisher=Prentice Hall|isbn=0-13-035471-6}}</ref> Hydro được tạo ra bởi một số vi khuẩn và tảo và là thành phần tự nhiên của [[trung tiện]] như ở dạng [[metan|methan]], là nguồn hydro có độ quan trọng ngày càng cao.<ref>{{chú thích web
|first=Wolfgang H.|last=Berger
|date=ngày 15 tháng 11 năm 2007
|url=http://earthguide.ucsd.edu/virtualmuseum/climatechange2/11_3.shtml
|title=The Future of Methane
|publisher=University of California, San Diego
|access-date =ngày 12 tháng 2 năm 2008}}</ref> Các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ (hiện tại là mọi dạng của cơ thể sống), than, nhiên liệu hóa thạch và [[khí thiên nhiên|khí tự nhiên]]. [[Mêtan|Metan]] (CH<sub>4</sub>) là một nguồn quan trọng của hydro. Dưới áp suất cực cao, chẳng hạn như tại trung tâm của các hành tinh khí khổng lồ (như Sao Mộc), các phân tử hydro mất đặc tính của nó và hydro trở thành một [[kim loại]] (xem [[hydro kim loại]]). Dưới áp suất cực thấp, như trong [[khoảng không vũ trụ]], hydro có xu hướng tồn tại dưới dạng các nguyên tử riêng biệt, đơn giản vì không có cách nào để chúng liên kết với nhau; các đám mây H<sub>2</sub> tạo thành và được liên kết trong quá trình hình thành các ngôi sao.

Hydro đóng vai trò sống còn trong việc cung cấp năng lượng trong vũ trụ thông qua các phản ứng proton-proton và chu trình [[carbon]] - [[nitơ]]. (Đó là các [[phản ứng tổng hợp hạt nhân|phản ứng nhiệt hạch]] giải phóng năng lượng khổng lồ thông qua việc tổ hợp hai nguyên tử hydro thành một nguyên tử [[heli]].)

== Điều chế, sản xuất ==
Trong phòng thí nghiệm, hydro được điều chế bằng phản ứng của [[acid]] với [[kim loại]] (có thể sử dụng [[bình Kipp]]), như [[kẽm]] chẳng hạn. Để sản xuất công nghiệp có giá trị thương mại nó được điều chế từ [[khí thiên nhiên]]. Điện phân nước là biện pháp đơn giản nhưng không kinh tế để sản xuất hàng loạt hydro. Các nhà khoa học đang nghiên cứu để tìm ra những phương pháp điều chế mới như sản xuất [[hydro sinh học]] sử dụng quá trình quang phân ly nước ở tảo lục hay việc chuyển hóa các dẫn xuất sinh học như [[glucose]] hay [[sorbitol]] ở nhiệt độ thấp bằng các chất [[xúc tác]] mới.

Hydro có thể điều chế theo nhiều cách khác nhau: hơi nước qua than ([[carbon]]) nóng đỏ, phân hủy [[hydrocarbon]] bằng nhiệt, phản ứng của các [[base]] mạnh (kiềm) trong dung dịch với [[nhôm]], điện phân nước hay khử từ acid loãng với một kim loại (có khả năng đẩy hydro từ acid) nào đó.

Việc sản xuất thương mại của hydro thông thường là từ khí tự nhiên được xử lý bằng hơi nước nóng. Ở nhiệt độ cao (700-1.100&nbsp;°C), hơi nước tác dụng với [[methan]] để sinh ra [[carbon monoxit]] và hydro.
:<chem>CH4 + H2O <=> CO + 3H2</chem> (xúc tác Ni, nhiệt độ cao)

Điện phân dung dịch có màng ngăn:

:<chem>2NaCl + 2H2O -> 2NaOH + H2 + Cl2</chem>

Điện phân nước:

:<chem>2H2O ->2H2 + O2</chem>

Lượng hydro bổ sung có thể thu được từ [[carbon monoxit]] thông qua phản ứng nước-khí sau:

:<chem>CO + H2O -> CO2 + H2</chem>

== Hợp chất ==
Là chất nhẹ nhất trong mọi chất khí, hydro liên kết với phần lớn các nguyên tố khác để tạo ra hợp chất. Nó có độ điện âm 2,2 vì thế nó tạo ra hợp chất ở những chỗ mà nó là nguyên tố mang [[Phi kim|tính phi kim loại]] nhiều hơn (1) cũng như khi nó là nguyên tố mang [[Kim loại|tính kim loại]] nhiều hơn (2). Các chất loại đầu tiên gọi là [[hydride]], trong đó hydro hoặc là tồn tại dưới dạng ion H<sup>-</sup> hay chỉ là hòa tan trong các nguyên tố khác (chẳng hạn như [[paladi hydride]]). Các chất loại thứ hai có xu hướng cộng hóa trị, khi đó ion H<sup>+</sup> là một hạt nhân trần và có xu hướng rất mạnh để hút các điện tử vào nó. Các dạng này là các acid. Vì thế thậm chí trong các dung dịch acid người ta có thể tìm thấy các ion như hydroni (H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>) cũng như proton.

Hydro kết hợp với oxy tạo ra nước, H<sub>2</sub>O và giải phóng ra năng lượng, nó có thể nổ khi cháy trong không khí. Oxit deuteri, hay D<sub>2</sub>O, thông thường được nói đến như [[nước nặng]]. Hydro cũng tạo ra phần lớn các hợp chất với carbon. Vì sự liên quan của các chất này với các loại hình sự sống nên người ta gọi các hợp chất này là các [[hợp chất hữu cơ|chất hữu cơ]], việc nghiên cứu các thuộc tính của các chất này thuộc về [[hóa hữu cơ]].

==Các phản ứng sinh học==
H<sub>2</sub> là một sản phẩm của nhiều kiểu trao đổi chất kỵ khí và được nhiều dạng vi sinh vật sinh ra, thường thông qua các phản ứng có xúc tác các enzym chứa [[sắt]] hoặc [[nickel]] được gọi là [[hydrogenase]]. Các enzyme này xúc tác phản ứng oxy hóa khử thuận nghịch giữa H<sub>2</sub> và 2 proton và 2 electron của nó. Sự tạo thành khí hydro xảy ra khi chuyển dịch cân bằng theo hướng khử được tạo ra trong khi lên men [[Acid pyruvic|pyruvat]] đối với nước.<ref>{{chú thích sách|url=http://books.google.com/?id=GTzajKoBoNwC&pg=PA202|authors=Richard Cammack & Robson, R. L.|year=2001|pages=202–203|title=Hydrogen as a Fuel: Learning from Nature|publisher=Taylor & Francis Ltd|isbn=0-415-24242-8}}</ref>

Việc phân cắt phân tử nước thành các proton, electron, và oxy xảy ra trong các phản ứng phụ thuộc sáng trong tất cả các sinh vật quang hợp. Một số sinh vật này bao gồm cả tảo ''[[Chlamydomonas reinhardtii]]'' và [[vi khuẩn lam]], đã tiến hóa hai bước trong các phản ứng tối mà trong đó các proton và electron bị khử để tạo ra khí H<sub>2</sub> bởi các enzym biệt hóa trong [[lục lạp]].<ref>{{chú thích tạp chí|authors=O. Kruse; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B|title=Improved photobiological H<sub>2</sub> production in engineered green algal cells|journal=The Journal of Biological Chemistry|year=2005|volume=280|issue=40|pages=34170–7|doi=10.1074/jbc.M503840200|pmid=16100118}}</ref> Nhiều nỗ lực đã được thực hiện để can thiệp về mặt di truyền của các enzym vi khuẩn lam để tổng hợp một cách hiệu quả khí H<sub>2</sub> thậm chí có mặt oxy.<ref>{{chú thích web|authors=H. O. Smith & Xu, Q|year=2005|url=http://ec.europa.eu/food/fs/sfp/addit_flavor/flav15_en.pdf|format=PDF|title=IV.E.6 Hydrogen from Water in a Novel Recombinant Oxygen-Tolerant Cyanobacteria System|work=FY2005 Progress Report|publisher=United States Department of Energy
|access-date =ngày 5 tháng 2 năm 2008}}</ref> Những nỗ lực cũng đã thực hiện đối với gen của tảo trong phản ứng sinh học.<ref>{{chú thích báo|last=Williams| first=Chris| title=Pond life: the future of energy| work=Science| publisher=The Register| date = ngày 24 tháng 2 năm 2006 | url=http://www.theregister.co.uk/2006/02/24/pond_scum_breakthrough/| access-date = ngày 24 tháng 3 năm 2008}}</ref>

== An toàn ==
Hydro là một chất khí dễ bắt cháy, nó cháy khi mật độ chỉ có 4%. Nó có phản ứng cực mạnh với [[clo]] và [[fluor]], tạo thành các acid hydrohalic có thể gây tổn thương cho phổi và các bộ phận khác của cơ thể. Khi trộn với oxy, hydro nổ khi bắt lửa. Hydro cũng có thể nổ khi có dòng điện đi qua.

Hydro biểu hiện một số mối nguy hiểm đối với sự an toàn của con người như khả năng cháy, nổ khi trộn với không khí với oxy tự do.<ref name="NASAH2">{{chú thích web|author=Brown, W. J.|url=http://www.hq.nasa.gov/office/codeq/doctree/canceled/871916.pdf|format=PDF|year=1997|title=Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems|publisher=[[NASA]]|access-date=ngày 5 tháng 2 năm 2008|archive-date = ngày 24 tháng 12 năm 2012 |archive-url=https://www.webcitation.org/6D9jcoJLZ?url=http://www.hq.nasa.gov/office/codeq/doctree/canceled/871916.pdf|url-status=dead}}</ref> Ngoài ra, hydro lỏng là một hỗn hợp lạnh và thể hiện các mối nguy hiểm (như làm tê cóng) liên quan đến chất lỏng rất lạnh.<ref>{{chú thích web| title=Liquid Hydrogen MSDS| publisher=Praxair, Inc.| year=2004| url=http://www.hydrogenandfuelcellsafety.info/resources/mdss/Praxair-LH2.pdf| format=PDF| access-date =ngày 16 tháng 4 năm 2008| archive-date = ngày 27 tháng 5 năm 2008 | archive-url=https://web.archive.org/web/20080527233910/http://www.hydrogenandfuelcellsafety.info/resources/mdss/Praxair-LH2.pdf| url-status=dead}}</ref> Hydro hòa tan trong nhiều kim loại, và khi rò rỉ có thể có những ảnh hưởng xấu đến các kim loại như tính giòn do hydro,<ref>{{chú thích tạp chí| title='Bugs' and hydrogen embrittlement| journal=Science News| volume=128| issue=3| page=41| location=Washington, D.C.| date = ngày 20 tháng 7 năm 1985 |doi=10.2307/3970088| jstor=3970088}}</ref> làm rạn nứt và gây nổ.<ref>{{chú thích web|url=http://www.twi.co.uk/content/oilgas_casedown29.html|title=Union Oil Amine Absorber Tower|last=Hayes|first=B.|publisher=TWI|access-date =ngày 29 tháng 1 năm 2010|archive-date = ngày 20 tháng 11 năm 2008 |archive-url=https://web.archive.org/web/20081120215355/http://www.twi.co.uk/content/oilgas_casedown29.html|url-status=dead}}</ref> Khí hydro rò rỉ vào không khí có thể tự cháy. Hơn thế nữa, hydro cháy khi nhiệt độ rất cao hầu như không nhìn thấy và điều này có thể gây bỏng.<ref>{{chú thích web| title=Hydrogen Safety| publisher=[[Humboldt State University]]| url=http://www.arhab.org/pdfs/h2_safety_fsheet.pdf| access-date=ngày 22 tháng 7 năm 2014| archive-date = ngày 9 tháng 8 năm 2014 | archive-url=https://web.archive.org/web/20140809043729/http://arhab.org/pdfs/h2_safety_fsheet.pdf}}</ref>

Thậm chí việc giải đoán dữ liệu hydro (bao gồm cả dữ liệu an toàn) vẫn chưa rõ ràng bởi một số hiện tượng. Nhiều tính chất vật lý và hóa học của hydro phụ thuộc tỷ số đồng phân spin parahydro/orthohydron (nó thường mất vài ngày hoặc vài tuần ở một nhiệt độ cho trước để đạt đến tỉ số cân bằng, từ đó mới lấy được số liệu). Các thông số cháy nổ hydro như áp suất và nhiệt độ ngưỡng cháy nổ, phụ thuộc mạnh vào hình dạng của vật thể chứa chúng.<ref name=NASAH2/>

== Xem thêm ==
* [[Phản hydro]]
* [[Tế bào nhiên liệu]]
* [[Nguyên tử hydro]]
* [[Liên kết hydro]]
* [[Vũ khí hạt nhân|Bom hạt nhân]]
* [[Ô tô hydro]]
* [[Kinh tế hydro]]
* [[Năng lượng hydro]]
* [[Vạch hydro]] trong quang phổ
* [[Bảng tuần hoàn|Bảng tuần hoàn các nguyên tố]]
* [[Hydro quang học]]
* [[Hydro khí nén]] ([[CGH2]])
* [[Hydro lỏng]] ([[LH2]])

==Chú thích==
<references group="note"/>

== Tham khảo ==
{{Tham khảo|30em}}
== Liên kết ngoài ==
{{chủ đề|Hóa học}}
* {{thể loại Commons nội dòng|Hydrogen}}
* {{TĐBKVN|12837|HIĐRO}}
** {{TĐBKVN|36307|ĐƠTERI [[Deuteri|<sup>2</sup>H]]}}
* {{Britannica|278523|Hydrogen}}
{{Bảng tuần hoàn thu gọn}}
{{Hợp chất hydro}}{{Authority control}}

[[Thể loại:Phi kim]]
[[Thể loại:Hợp chất hydro]]
[[Thể loại:Từ gốc Pháp]]
[[Thể loại:Công nghệ khí cầu điều khiển được]]
[[Thể loại:Nguyên tố hóa học]]
[[Thể loại:Hydro]]
[[Thể loại:Nhiên liệu phản ứng tổng hợp hạt nhân]]