氢是什么形状的？
“氢是气体？”显然不是，有气态、液态和固态。
氢只有这三态吗？氢还有原子态、离子态、等离子体态、金属态和泥浆态。

氢是核聚变的元素
宇宙来源自147亿年前一颗密度无限大、温度无限高，而在大爆炸之后，宇宙开始了膨胀与冷却，大爆炸之后0.01秒，温度为1000亿K，0,12秒时，为300亿K，1.1秒时，为100亿K，13.83秒时，为30亿K。可以说宇宙诞生4分钟后，后来所需要的所有基本原料都已出现，首先登场的是氢，当时新生的宇宙已经走过了30万年的旅程，温度已经冷却到了大约3000℃，此时，氢原子和氦原子具备了它们的特定形态。或许，在宇宙的前30万年中，随着氢和氦的登场，我们已经可以确定，今天的宇宙，今天这个星光璀璨与生机盎然的宇宙，它的形成已经是不可避免的了。为什么呢？那就是氢和氦是核聚变的基本元素，同时，氢也是组成水分子的基本元素。




气态氢
地球表面自然界中的氢极少，它在地球大气中的含量仅有0.0001%，所以我们很难找到游离态的氢。氢气是最轻的气体，因为密度只有0.08988g/L，它们都逃逸到大气层的上方，有一些被太阳风吹到了太空中。
正因为氢气很轻，以前它经常被用来给气球充气，好让它有足够的浮力飞上天。
最新探测结果表明，地球大气层外围主要是氢和氢气
在一个大气压下，氢在-252.879°C就开始沸腾，变为气体氢，所以我们一般看到的氢都是氢气。它由两个氢原子组合成H₂，这两个氢原子之间的距离为74.14pm，我们知道氢原子的直径是1.1Å，1Å=100pm，这意味着当两个氢原子组成氢气分子时，它的外层1s轨道的电子互相之间会有交叠。

正氢、仲氢
氢气里的氢分子都是一样的吗？
当两个氢原子相聚时，它们外围的那个电子有可能相互交叠在一起形成σ轨域，这时候两个电子会更多地出现在原子之间交连的区域；也有一种可能，两个电子“互不理睬”，这个时候两个电子出现在中间的可能性几乎为0，我们将其称为反键的σ*轨域。σ*轨域拥有的能级比σ轨域要高，所以一般来说氢分子形成σ轨域的可能性更大。
氢分子的σ轨域与反键轨域
除了外层电子轨域有可能不同，氢分子还会因为原子核旋转方向的不同而导致相互之间有差别。
氢的原子核只有一个质子，质子是带自旋的，当两个自旋方向相同的氢原子核组合时，它们组成的氢分子被称为“正氢”，而当它们旋转方向相反时，则被称为“仲氢”，氢分子的这种现象被称为旋转异构体。仲氢的能量低于正氢，在25K的低温下，仲氢的比例为99.01%；随着温度的上升，正氢与仲氢的比值逐渐趋向于3:1，当达到室温状态时，氢气中含有74.87%的正氢和25.13%的仲氢；因为正氢是氢气的激发态，你很难得到很纯的正氢。仲氢与正氢之间的转换很重要，生产氢气的化工企业使用催化剂来阻止仲氢的转换，这可以使液态氢气更少地挥发。

同位素
氢同位素：
氢在自然界中存在的同位素有：
氕(P)（piē）（氢1，H）
原子核内有1个质子，无中子，丰度为99.98%；
氘(D)（又叫重氢）（dāo）（氢2，重氢，D）
原子核内有1个质子，1个中子，丰度0.016%；
氚(T)（又叫超重氢），（chuān）（氢3，超重氢，T）
原子核内有1个质子，2个中子，丰度0.004%。
氢是唯一的其同位素有不同的名称的元素。（历史上每种元素的不同同位素都有不同的名称，现已不再使用。）D 和 T 也可以用作氘（deuterium）和氚（tritium）的符号，但 P 已作为磷的符号，故不再作为氕（protium）的符号。 按照IUPAC的指引，D 或 2H 和 T 或 3H 都可以使用，但推荐使用 2H 和3 H(同位素相对原子质量不同），
生活中通常使用氕。是氢的主要成分。普通的氢中含有99.985%的氕。

以人工方法合成的同位素有： 氢4、氢5、氢6、氢7
氕（氢-1）
氕的原子核只有一个质子，丰度达99.98% ，是构造最简单的的原子。 
氘（氢-2）
氘为氢的一种稳定形态同位素，也被称为重氢，元素符号一般为2H或D。它的原子核由一颗质子和一颗中子组成。在大自然的含量约为一般氢的7000分之一。氢（H）的同位素,其相对原子质量为普通轻氢的二倍,少量的存在于天然水中,用于核反应,并在化学和生物学的研究工作中作示踪原子（deuterium）——亦称“重氢”,元素符号D。
氚（氢-3）
氚，亦称超重氢，是氢的同位素之一，元素符号为T或3H。它的原子核由一颗质子和两颗中子所组成，并带有放射性，会发生β衰变，其半衰期为12.43年。自然界中存在极微，从核反应制得。主要用于热核反应。
氢-4
氢-4是氢的同位素之一，它包含了质子和三个中子。在实验室里，是用氘的原子核来轰炸氚的原子核，来合成一个氢4的原子核。在这过程中，氚的原子核会从氘的原子核上吸收一个中子。氢4的质量为4.0279121U，半衰期为9.93696×10-22秒。
氢-4.1
氢-4.1结构上类似氦，它包含了2个质子和2个中子，但因其中一个电子是渺子，但由于渺子的轨道特殊，轨道非常接近原子核，而最内侧的电子轨道与渺子的轨道相较之下在很外侧，因此，该渺子可视为原子核的一部份，所以整个原子可视为：原子核由1个渺子、2个质子和2个中子组成、外侧只有一个电子，因此可以视为一种氢的同位素，也是一种奇异原子。一个渺子重约0.1U，故名氢- 4.1（4.1H）。氢-4.1原子可以与其他元素反应，和行为更像一个氢原子不是像惰性的氦原子。
氢-5
氢-5是氢的同位素之一，它的原子核包含了四个中子和一个质子，在实验室里用一个氚的原子核来轰炸氚，这让氚吸收两个氚原子核的质子而形成了氢5。氢5的半衰期非常短，只有8.01930×10-22秒。
氢-6
氢-6是不稳定的氢同位素之一，它包含了一个质子和五个中子，半衰期为3×10-22秒。
氢-7
氢-7是不稳定的氢同位素之一，它包含了一个质子和六个中子，


符号    质子数    中子数    原子质量单位(u)    半衰期    原子核自旋    丰度    丰度的变化率
1H    1    0    1.007,825,032,07(10)    稳定 [>2.8×10²³ 年]    1/2+    0.999885(70)    0.999816～0.999974
2H    1    1    2.0141017778(4)    稳定    1+    0.000115(70)    0.000026～0.000184
3H    1    2    3.0160492777(25)    12.32(2) 年    1/2+        
4H    1    3    4.02781(11)    1.39(10)×10-22 s [4.6(9) MeV]    2-        
5H    1    4    5.03531(11)    >9.1×10-22 s    (1/2+)        
6H    1    5    6.04494(28)    2.90(70)×10-22 s [1.6(4) MeV]    2-#        
7H    1    6    7.05275(108)#    2.3(6)×10-23# s [20(5)# MeV]    1/2+#        


液态氢
液态氢由于氢气实在是太占地方，它不利于储存及运输，所以我们需要把它变成液态。当将氢气的温度冷却到-252.87℃时，我们就得到了像水一样的氢。
液态的氢像水一样，无色透明
液态氢由99.79％的仲氢和0.21％的正氢组成。在沸点以下，液态氢的密度仅为70.99g/L，比水要轻多了，因此它运输起来也很方便。

固态氢
氢气（分子式：H2）在常压下的沸点是-259.1℃时，可变成雪花状固体。这种雪花状固体就是固态氢。
固态氢的密度大约为86 kg/ m3 ，即是0.086吨/立方米，只稍高于液态氢，所以应用也不广泛。
詹姆斯·杜瓦（ James Dewar）研制了具有巧妙热力学设计的杜瓦瓶，用液体氮环绕着容器，将压缩的氢气冷至－200℃，再让此超冷的氢膨胀，进一步冷却。然后将此氢经过管子导回容器，一而再地重复这个循环。在1898年杜瓦终于冷却得到了液态氢，并在一年后的1899年首次制得了固态氢。 

同素异形体
氢元素的单质除了氢气（分子式：H2）外，还有许多同素异形体，其中有些就是以固态存在的。
美国地球物理学家霍古阿·马奥博士等人，于1989年将气态氢成功地制成具有导电性的黑色固态氢，这世界上属首例。将气态氢置于两块金刚石之间的密闭，在-196℃的极低温下，逐渐加压至250万个气压，气态氢逐渐从透明变成褐色，最终成为黑色的超微粒子化的固态氢。

固态氢存在形式
人们已经制得了至少三种不同的固态氢相
第一种是形成由自由旋转的分子组成的密排结构；
第二种固相与第一种相似，但存在一定程度的定向有序性；
第三种固相中的H-H键结合非常弱，此相中的氢一部分是以原子键结合的，而不是以分子为单位存在。

金属氢
金属氢是什么？从固态氢到金属氢
氢气（H2）的沸点是-252.77℃，熔点是-259.2℃。在低于-259.2℃的条件下氢气就可以转为为雪花状的固体，但这种极低温下获得的固体氢并不是“金属氢”。
所谓“金属氢”是一种氢的同素异形体。

它因可能成为一种超导体而极其珍贵。目前，用于核磁共振成像仪等机器的超导体都必须用液态氦来保持极低的温度，费用高昂。
该研究报告作者之一、哈佛大学物理学家艾萨克·西尔韦拉在一份声明中说：“这是高压物理学领域的圣杯。”
他还说：“这是地球上有史以来的第一个金属氢样本。所以在面对它的时候，你看到的是以前从未存在过的东西。”
未参与该研究的伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校物理学教授戴维·切珀利说，如果得以证实，这一发现将终结对于氢能否变成金属的长达数十年的探求，让人们对宇宙中这种最常见的元素获得更多认识。
为了实现这一壮举，西尔韦拉与博士后研究员兰加·迪亚斯对一小块氢样本施加每平方英寸（约合6.45平方厘米）超过7170万磅（约合3252万公斤）的压力。这比地球核心处的压力还大。



泥浆氢（Slush hydrogen）
形象地说，泥浆氢就是在-259.14℃时氢的“浆糊态”，它介于液态与固态之间，有一定的流动性，但又不算是液体。
泥浆氢的优点很明显：它的密度要比液态氢高16~20％，这使得同样体积的燃料槽可以携带更多的燃料；它不是液体，不会晃荡；它不是固体，可以更快地输送到发动机里燃烧。