氫元素到底有哪些奧秘？
我們開始探索微觀的宇宙。順著門捷列夫元素周期表一路前行，通過一系列的文章來了解構成這個世界最基本物質的奧秘。
氫隨處可見
氫是宇宙中分布最廣泛，含量最多的元素，沒有之一。氫的總質量約佔宇宙中所有重子質量的75%，原子數量佔到了90%以上。
（三角座星系中巨大的氫雲團，半徑760光年）
太陽有73.46%的質量是氫，之所以這個比例比氫在宇宙中的平均含量要低，是因為在這45.7億多年裡，每秒有約600萬噸的氫被聚變成了氦（這是我們下一篇文章要介紹的元素）。不僅是太陽，宇宙中絕大多數的恆星基本上都是一顆顆巨大的氫氣球。
在地球上，氫的含量要少得多。如果按原子數量算，氫大約佔到地球總原子量的17%，看起來不少。但因為氫很輕，所以按質量算，氫只佔不到1%。
在地球表面，你很難找到天然遊離狀態的氫，它們很輕，氣態的氫通常位於大氣的最外層。有人據氫在地球大氣中分子數量的比值來判斷說氫只佔地球大氣總體積的千萬分之五，這是不準確的。因為在地球大氣的外層，氫的密度極低，所以它據的範圍是非常廣闊的。由於氫獨特的化學性質，它幾乎能與所有其它元素髮生反應，因此我們可以到處找到氫元素的影子：水分子中就有兩個氫；在組成我們身體和大自然所有所機體中，也都有氫的身影。
（海洋就是主要由氫元素和氧元素構成的）
氫隨處可見，似乎沒什麼秘密可言。
果真如此嗎？並不。氫對於我們來說就像是個「熟悉的陌生人」，它有許多秘密有待揭開。
氫氣易燃
孩子們都喜歡玩氣球，將紅色的、黃色的、藍色的氣球用細線拴著抓在手裡，看它們在半空中飄著，是件十分快樂的事情。
在我們小的時候，氣球裡面充的是氫氣。由於氫很容易燃燒甚至發生爆炸，釀成傷害事故，現在大多以不活潑的氦氣來代替了。
（一個氫氣球在實驗人員手中爆燃）
歷史上最著名的一起氫氣爆燃事故還是1937年5月6日的德國興登堡號飛艇墜毀事件，當這艘長達248米的世界最大飛艇在美國新澤西州海軍航空站著陸時，由於靜電引發火花，點燃了飛艇內部約20萬立方米的氫氣和高度易燃的硝酸纖維蒙皮，事故造成36人喪生。
事實上，興登堡號並不是第一艘也不是唯一一艘被氫氣燒毀的飛艇，早在第一次世界大戰之前，德國和法國軍方就已經有多艘飛艇因氫氣燃燒墜毀，造成數以百計的傷亡。為什麼德國人不吸取教訓堅持要用氫氣來造飛艇呢？這一方面是因為當時氦氣很稀少，只有美國人有開採，他們不賣；另一方面還是因為氫氣比氦氣更輕，並且可以大量生產，相比於氦氣來說便宜很多。
（興登堡號飛艇氫氣爆燃瞬間）
氫高度易燃，如果空氣中混有4~74％的氫，只需一個火星就可以引發爆炸；而如果氯氣中有5~95%的氫，甚至陽光都能夠引爆它。
正常情況下，氫都會在氧氣中安靜地燃燒，火焰的顏色接近紫外線，我們幾乎看不見它。氫氣與氧氣燃燒反應的產物是水和大量的熱能，因此它可以當作火箭推進的燃料。
（氫氧火箭發動機就是使用液氫與液氧做推進燃料）
氫的強還原性
氫氣分子在大多數情況下是比較穩定的，但是氫原子在高溫時則顯現出強還原性特徵。它不僅能與元素周期表中除惰性氣體外的幾乎所有元素反應生成氫化物，還能與金屬化合物發生反應，在條件合適時，氫還能與有機物發生反應。
這一切都是由氫的特殊化學性質決定的。
氫不同於其它所有的元素，它的原子核里只有一個質子，與之相對應的，氫的原子核外也僅有一個電子。如果氫失去電子，氫就變成H，事實上它就是一個帶正電的質子。氫能與幾乎所有呈電負性的元素形成化合物，比如在與氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）等鹵素元素組成化合物時，氫呈現部分正電荷；而當氫與氟（F）、氧（O）或氮（N）結合時，氫可以以一種中等強度的非共價鍵的形式與其他類似分子的氫結合，這種現象就是我們常說的氫鍵。
（水分子間的氫鍵決定了水的特性）
氫與氟（F）、氧（O）、氮（N）結合時形成的氫鍵是相應化合物擁有許多獨特物理和化學特性的重要原因。
氫也能與金屬和准金屬形成具有較少電負性元素的化合物，在這些化合物中氫帶部分負電荷。這些化合物通常被稱為氫化物。
科學家們發現，元素周期表中除了He，Ne，Ar，Kr，Pm，Os，Ir，Rn，Fr和Ra之外，幾乎所有元素都能與氫反應形成各種氫化物。這些氫化物通常又被分為離子氫化物（具有顯著的離子鍵合特性）、共價氫化物（包括烴和許多其他與氫原子共價鍵合的化合物）和具有金屬鍵合的間隙氫化物。
氫是生命之基的重要組成部分
與氫化物極其豐富的形式以及應用相比，氫與碳的結合無疑更具有革命性的意義。
學過高中化學的朋友們也許還記得有機化合物的定義：它是部分含碳化合物，或碳氫化合物及其常見衍生物的總稱。有機化合物是地球生命之基。
含碳化合物不一定是有機物，比如二氧化碳、碳酸、碳酸鹽、金屬碳化物等等屬於無機物，但碳氫化合物以及以碳 - 氫鍵為基礎加上其它雜原子組成的化合物陣列都是有機物。有機化合物中的絕大多數除了含有碳外，還含有氫。並且因為碳 - 氫鍵賦予這類化合物大部分特定的化學特性，所以在化學中「有機」一詞的某些定義中需要其擁有C-H鍵。
DNA的雙螺旋結構很大程度上歸因於其鹼基對之間的氫鍵（以及pi堆疊相互作用），它將一條互補鏈連接到另一條互補鏈並且能夠複製。
有的朋友會說，地球上的生命是碳基，外星球有可能不是碳基生命，他們可能是硅基生命。硅在地球上是第三多的元素（佔15.1%），但它在宇宙中硅的質量丰度排在第八位。碳是宇宙中丰度第4位的元素，僅排在氫、氦、氧之後，主要原因是碳可以在恆星內部直接由氦聚變合成。
我們知道一個碳原子與四個氫原子組成的烴（CH），也就是我們常說的甲烷，是許多其他有機化合物的基體。如果有硅基生物，它的化合物基體是什麼？是硅烷（SiH）嗎？即便硅烷是某些星球上「生命」的基體，它也離不開氫，以及硅 - 氫鍵所賦予它的化學特性。
（硅烷的分子結構，它由一個硅原子與四個氫原子結成共價鍵）
目前已知Si-H鍵強度約為384kJ/mol，比氫氣分子H中的H-H鍵弱約20％。儘管硅烷與碳基的甲烷在化學方面有許多類似之處，但硅烷更活潑更不穩定，它能在空氣中發生自燃和爆炸。所謂的硅基生命是存有疑問的，或許外星球的一切都與我們相差甚遠。
氫從哪裡來？
宇宙中有如此多的氫，這些氫是如何產生的？
「大爆炸理論」認為宇宙中如此多的氫是由「奇點爆炸」產生的，這個假說稱在「大爆炸」的前三分鐘內，宇宙中產生了大量簡單的原子核，又過去了數千年後，氫和氦開始形成。儘管「宇宙大爆炸理論」到目前為止已經相當完善，許多科學也都相信它，但它依然只是假說，還有許多謎題等待解開。
我們知道，氫參與了恆星中最開始的核聚變，宇宙中絕大多數其它的重元素都可以由氫到氦再一步一步地聚變形成。同樣地，元素在聚變和裂變的過程中也可以釋放氫。
（太陽以及眾多恆星都是氫和氦構成的巨大星球）
氫在地球表面的丰度居第三位，但它大多是以氫化合物或氫化物的形式存在，我們要想得到遊離態的氫，需要使用物理或化學的方法從這些物質中將氫分解出來。工業上製取氫的方法有很多，在這裡就不一一介紹了。
本文主要介紹了氫這種最基礎、最豐富元素的化學性質、氫在宇宙中的重要性，以及氫對於生命的意義。
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