Vandenilio savybės apima tai, kad natūralios būsenos Žemėje jis yra bespalvės, bekvapės dujos, kurios yra labai degios. Tai lengviausias gamtoje egzistuojantis elementas, užimantis vidutiniškai 75 % visos visatos masės žvaigždėse, planetose ir kituose žvaigždžių objektuose. Vandenilis taip pat būtinas visai gyvybei Žemėje, kur jis sudaro 14 % gyvosios medžiagos masės, nes lengvai sudaro ryšius su deguonimi, kad susidarytų vanduo ir anglis, kad būtų sukurtos molekulės, kurios yra gyvųjų struktūrų ir daugumos organinių molekulių pagrindas. yra pastatyti.
Nors pati gausiausia vandenilio forma yra protis, kur jo atomo branduolyje yra tik vienas protonas ir vienas elektronas orbitoje aplink branduolį, taip pat egzistuoja du kiti vandenilio izotopai. Protis sudaro 99.985% viso natūralaus vandenilio, o deuteris sudaro dar beveik 0.015%, turintis ir protoną, ir neutroną atomo branduolyje, todėl jo masė yra dvigubai didesnė nei protiumo. Tritis yra trečioji vandenilio forma, kuri gamtoje yra labai reta, tačiau gali būti gaminama dirbtinai. Jis yra nestabilus ir pasižymi radioaktyviu skilimu, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 12.32 metų. Jo atomo branduolyje yra du neutronai vienam protonui ir yra pagrindinis junginys, gaminamas ir naudojamas vandenilinių bombų ginkluose, siekiant padidinti jų išeigą, taip pat branduolio dalijimosi energijos gamyboje ir branduolių sintezės tyrimuose.
Dėl cheminių vandenilio savybių, kai orbitoje yra tik vienas elektronas, jis yra labai reaktyvus elementas, kuris sudaro ryšius su daugeliu kitų elementų. Natūralioje būsenoje atmosferoje jis jungiasi su kitu vandenilio atomu, kaip ir deguonis, sudarydamas H2. H2 molekulės taip pat gali būti unikalios, priklausomai nuo jų branduolių sukimosi, o H2 molekulės, kuriose abu branduoliai sukasi ta pačia kryptimi, vadinamos ortovandeniliu, o priešingų sukimų – paravandeniliu. Ortovandenilis yra labiausiai paplitusi H2 forma esant normaliam atmosferos slėgiui ir temperatūrai dujų pavidalu, tačiau atvėsus iki skystos formos, pavyzdžiui, raketų kurui, ortovandenilis virsta paravandeniliu.
Dėl fizinių vandenilio savybių ir plačiai paplitusio jo gausumo sausumoje bei Žemės vandenynuose jis yra svarbi mokslinių tyrimų sritis, kaip praktiškai neribotas kuro tiekimas. Visų formų iškastinis kuras ir alkoholiai, tokie kaip benzinas, gamtinės dujos ir etanolis, yra sudaryti iš angliavandenilių grandinių, kuriose susijungia vandenilis, anglis ir kartais deguonis. Atskirti gryną vandenilį kaip švariai degantį, gausų kuro šaltinį yra nesunku, tačiau jėga, reikalinga vandeniliui išlaisvinti iš cheminių jungčių ir atvėsinti jį saugojimui, dažnai užima daugiau energijos, nei gali sukurti pats grynas vandenilis. Dėl šios priežasties vandenilio savybės reiškia, kad dažniausiai jis naudojamas ten, kur jis randamas cheminiuose ryšiuose su kitais elementais.
Branduolinės sintezės energijos gamybos tyrimai taip pat priklauso nuo vandenilio junginių deuterio ir tričio cheminių savybių. Visų žvaigždžių naudojamos vandenilio savybės, esant dideliam slėgiui, sujungia vandenilio atomus, kad išskirtų helią ir energiją šviesos ir šilumos pavidalu. Panašus slėgis sukuriamas tyrimų įrenginiuose, naudojant galingus magnetinius laukus, inercinius izoliavimo lazerius ar elektros impulsus JAV, Europoje ir Japonijoje.
Vykstant vandenilio atomų susiliejimui, susidaro helio atomas, kuris perneša 20% proceso energijos pertekliaus, o 80% energijos neša laisvasis neutronas. Tada šią neutronų energiją arba šilumą sugeria skystis, kad susidarytų garai ir maitintų turbiną elektrai gaminti. Tačiau 2011 m. šis procesas vis dar išlieka eksperimentinis. Taip yra dėl didžiulio slėgio, kurį reikia išlaikyti, kad vandenilio atomai būtų nuolat sujungti ir kad būtų sukurtos mašinos, galinčios atlaikyti sintezės metu susidarančias temperatūras, siekiančias 212,000,000 100,000,000 XNUMX ° Farenheito (XNUMX XNUMX XNUMX ° C). ).