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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。

在18世纪末以前曾经有不少人做过制取氢气的实验所以实际上很难说是谁发现了氢即使公认对氢的发现和研究有过很大贡献的卡文迪许本人也认为氢的发现不只是他的功劳。早在16世纪瑞士有名医生帕拉塞斯就描述过铁屑与酸接触时有一种气体产生17世纪时比利时有名的医疗化学派学者海尔蒙特（van HelmontJ.B.1579-1644）曾偶然接触过这种气体但没有把它离析、收集起来波义耳虽偶然收集过这种气体但并未进行研究。他们只知道它可燃此外就很少了解1700年法国药剂师勒梅里（LemeryN.1645-1715）在巴黎科学院的《报告》上也提到过它。

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含有氢元素的二元化合物称为氢化物。“氢化物”一词暗含氢显负价且其氧化态为-1的意思。氢负离子记做H-其存在是1916年由吉尔伯特·路易斯预言的。1920年Moers用电解氢化锂在阳极产生氢气从而证明了氢化物的存在。对于非IA或IIA族的元素形成的氢化物“氢化物”一词并不准确因为氢的电负性并不高。IA族碱金属的氢化物中有一个例外即高聚物氢化锂。氢化铝锂中4个氢原子紧靠铝原子。虽然氢可与几乎所有的主族元素形成氢化物但这些氢化物的原子配比却并不单一例如二元的PW已发现100多种但氢化铝只有一种。二元氢化铟还未被发现但它存在于更大的配合物中。

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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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