ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบแรกในตารางธาตุและเป็นสารเคมีที่มีมากที่สุดในจักรวาล ไฮโดรเจนประกอบด้วยประมาณ 75% ของมวลแบริออนทั้งหมด พบได้ในดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ในปริมาณมาก
ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีสัญลักษณ์ H และเลขอะตอม 1 เนื่องจากเป็นธาตุที่เบาที่สุด ไฮโดรเจนจึงประกอบด้วยโปรตอนเพียงตัวเดียว และอิเล็กตรอนตัวเดียวในรูปแบบที่พบมากที่สุด โดยทั่วไปจะพบเป็นก๊าซ โดยเฉพาะโมเลกุลไดอะตอมมิก ( \(H_2\) ) ที่อุณหภูมิห้อง
ก๊าซไฮโดรเจน ( \(H_2\) ) ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส ไม่มีพิษ และเป็นสารไวไฟสูง มีความหนาแน่นประมาณ \(0.08988 \, \textrm{กรัม/ลิตร}\) ที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน ทำให้มีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศ ก๊าซนี้เกิดขึ้นเมื่ออะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมเกาะกันและใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน
ก๊าซไฮโดรเจนสามารถผลิตได้ด้วยวิธีต่างๆ มากมาย รวมถึง การปฏิรูปไอน้ำ-มีเทน และ อิเล็กโทรลิซิส ในปัจจุบัน การปฏิรูปไอน้ำมีเทนเป็นวิธีการที่คุ้มค่าที่สุด และเกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยามีเทนกับไอน้ำอุณหภูมิสูง ในทางกลับกัน อิเล็กโทรไลซิสเกี่ยวข้องกับการใช้ไฟฟ้าเพื่อแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน
ไฮโดรเจนมีการใช้งานที่หลากหลาย ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเพื่อผลิตแอมโมเนีย (ผ่านกระบวนการฮาเบอร์) ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในปุ๋ย ไฮโดรเจนยังใช้ในการกลั่นปิโตรเลียม บำบัดโลหะ และผลิตกรดไฮโดรคลอริก ยิ่งไปกว่านั้น ในฐานะเชื้อเพลิงสะอาด ไฮโดรเจนถือเป็นคำมั่นสัญญาว่าจะให้พลังงานแก่ยานพาหนะและผลิตไฟฟ้า โดยผลิตเฉพาะน้ำเป็นผลพลอยได้เท่านั้น
ไฮโดรเจนมีบทบาทสำคัญในจักรวาลในฐานะองค์ประกอบที่มีมากที่สุด มันเป็นเชื้อเพลิงหลักสำหรับนิวเคลียร์ฟิวชันในดาวต่างๆ รวมถึงดวงอาทิตย์ของเราด้วย ในแกนกลางของดาวฤกษ์ อะตอมของไฮโดรเจนจะหลอมรวมเป็นฮีเลียม และปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลในกระบวนการนี้ นิวเคลียร์ฟิวชันนี้ทำให้ดวงดาวสว่างขึ้นและให้พลังงานที่ค้ำจุนสิ่งมีชีวิตบนโลก
ไฮโดรเจนมีไอโซโทปหลักสามไอโซโทป: โปรเทียม ( \(^1H\) ), ดิวทีเรียม ( \(^2H\) ) และ ไอโซโทป ( \(^3H\) ) โปรเทียมซึ่งไม่มีนิวตรอนเป็นรูปแบบที่พบบ่อยที่สุด ดิวเทอเรียมหรือไฮโดรเจนหนัก มีนิวตรอนหนึ่งตัว และใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และสำหรับการผลิตน้ำหนักหนัก ทริเทียมซึ่งมีนิวตรอนสองตัวมีกัมมันตภาพรังสีและนำไปใช้ในอาวุธนิวเคลียร์และเป็นตัวติดตามในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์
การทดลองง่ายๆ สามารถแสดงให้เห็นคุณสมบัติและปฏิกิริยาของก๊าซไฮโดรเจนได้ การทดลองคลาสสิกอย่างหนึ่งคือปฏิกิริยาของโลหะกับกรดซึ่งทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจน ตัวอย่างเช่น การทำปฏิกิริยาสังกะสีกับกรดไฮโดรคลอริก ( \(Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\) ) ทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนได้อย่างปลอดภัย ซึ่งสามารถทดสอบได้โดยนำเฝือกติดไฟไปใกล้กับแก๊สแล้วสังเกตเสียง 'ป๊อป' ที่มีลักษณะเฉพาะ ซึ่งบ่งชี้ว่า การมีอยู่ของไฮโดรเจน
แม้ว่าไฮโดรเจนจะเป็นเชื้อเพลิงสะอาด แต่การผลิตและการเก็บรักษาก็ก่อให้เกิดความท้าทาย ปัจจุบันไฮโดรเจนส่วนใหญ่ผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก อย่างไรก็ตาม ความพยายามที่จะเพิ่มการใช้ไฮโดรเจนสีเขียวซึ่งผลิตผ่านอิเล็กโทรลิซิสที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานทดแทน กำลังดำเนินการอยู่เพื่อลดผลกระทบนี้ นอกจากนี้ เนื่องจากไฮโดรเจนติดไฟได้ จึงต้องจัดการและจัดเก็บอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการระเบิด
ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบพื้นฐาน จำเป็นต่อทั้งอุตสาหกรรมและกระบวนการทางธรรมชาติของจักรวาล โครงสร้างอะตอมที่เรียบง่ายปฏิเสธบทบาทที่ซับซ้อนในปฏิกิริยาเคมี การผลิตพลังงาน และศักยภาพในการเป็นแหล่งเชื้อเพลิงสะอาด ความก้าวหน้าในการผลิตและการใช้ประโยชน์อย่างยั่งยืนอาจเป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจอย่างมีนัยสำคัญ
