一、氫的含量及同位素
二、氫的物理性質
三、氫的化學性質
氫既與非金屬(高電負性)反應，又與金屬(低電負性)反應，形成離子或共價氫化物(如HCl、H2O)。氫的電負性為2.20(鮑林電負性標度)。
氫能與大多數其他元素髮生化學反應。氫與氧混合，在很寬的濃度範圍內是高度易燃的。作為一種燃料，氫是一種清潔的、對環境無害的能源。氫的質量能量密度非常高，1千克氫氣能量為132.5 MJ，大約是1千克天然氣所含能量的2.5倍。
氫氣的能量密度可表示為低熱值(LHV)，為242 kJ/mol，或高熱值(HHV)，為286 kJ/mol。與其他氣體相比，氫的高低熱值差異很大（15.6%），這是由於水蒸汽冷凝時釋放的熱量(此能量可以在汽輪機中利用，但不能在燃料電池中利用)。
當氫和空氣的混合化學當量比為29.5%時，氫在空氣中燃燒可釋放最大燃燒能量。氫的燃燒產物是水蒸氣。它以一種不發光的、幾乎不可見的淡藍色熾熱火焰燃燒，轉化為水蒸氣，釋放出化學能，即熱能(總燃燒熱)。燃燒(預混化學計量)氫-空氣混合物的火焰溫度最高，為2403 K。
氫在室溫下的可燃範圍很寬，比例為4至75%，在氧氣中的可燃範圍最高可達95%。燃燒下限(LFL)為支援燃燒的最低燃料量，通常更為重要，因為在連續洩露時，燃燒下限將首先達到。溫度越高，可燃性範圍越大。溫度對於氫燃燒範圍的影響，體現在LFL的修正Burgess-Wheeler方程中(在環境壓力下):
其中Hc為淨熱值，T單位為[K]。
燃燒上限UFL的計算公式為:
適用溫度範圍150- 300k。對高溫下的向上火焰傳播的測量表明，在673 K時，UFL進一步增加，初始溫度達到87.6%。關於水分對可燃性極限的影響，目前還沒有實驗資料。在測定燃料混合物的LFL和UFL時，最常用的方法是勒夏特列原理：
其中yi為體積分數，Li為燃料的可燃極限i。對於H2-CO體系，勒夏特列原理與實驗資料吻合較好，但對於甲烷-丙烷或甲烷-乙烷體系，偏差高達35%。GEXCON手冊指出“這個公式不適用於H2”。
可燃氫-空氣混合物發生爆炸的可能性非常高。根據實驗條件，氫的自燃溫度為800-1000 K。自燃溫度是指能夠點燃可燃混合物的熱表面的最低溫度。自燃溫度通常相對較高，但可以在催化劑的表面降低。氫氣沒有閃點，因為它在環境條件下已經是一種氣體。這意味著低溫氫在20 K沸點以上的所有溫度下都會閃光。
最小點火能量，即點燃“空氣中最容易點燃的氫濃度”(通常不是化學計量混合物)所需的點燃能量為0.02 mJ，是非常低能量，遠低於碳氫-空氣混合物。一個微弱的火花或由加壓氫氣氣體靜電放電 (能量約10兆焦耳)將足夠點火，這一特性與其他可燃氣體相似。最小著火能量隨溫度、壓力或氧含量的增加而進一步降低。與其他烴類相比，氫氣的熱風射流著火溫度最低，且隨著射流直徑的增大而進一步降低，其還取決於噴射速度和混合物組分。
“最大實驗安全間隙”(MESG)是指允許火焰透過間隙傳播的最大距離(兩塊平板之間)，對於氫是0.08毫米。空氣中的“淬火間隙”是指(在兩個平板之間)可燃混合物的點火被抑制的距離,其對應的是火焰可以透過的管道的最小直徑。燃燒較快的氣體有較小的淬火間隙。氫的淬火間隙為0.64 mm。由於爆炸壓力大，MESG總是小於淬火間隙。
可燃氣體混合物中的燃燒速度，與火焰速度不同，它表明層流火焰面進入靜止可燃氣體混合物的速度，是氣體的特性，取決於溫度、壓力和濃度。在化學當量比下，氫在空氣中的燃燒速度為2.55 m/s，當氫的濃度為40.1%時，最大燃燒速度為3.2 m/s，在純氧中燃燒速度為11.75 m/s。與其他烴類燃料-空氣混合物相比，由於其快速的化學動力學和高的擴散係數，氫具有最高的燃燒速度。燃燒速度越高，從爆燃過渡到爆轟(DDT)的機率就越大。相比之下，由於燃燒產物的膨脹、火焰的不穩定性和湍流變形等原因，與固定面有關的火焰速度遠遠大於燃燒速度。爆燃火焰的最大可能速度由燃燒產物氣體混合物的聲速給出，對於化學當量比的H2-空氣混合物，聲速為975米/秒。
氫-空氣混合物的燃燒速度
通常給出的爆轟範圍為氫濃度的18 - 59 vol%，其值取決於系統的大小。在，爆炸範圍為13-70%的H2，其條件為43釐米管道。在俄羅斯最大的爆轟試驗裝置RUT中，觀察到低至12.5 vol%的爆轟極限。在純氧中，爆轟範圍擴大到15-90%。爆轟速度在空氣中達到2000 m/s，在純氧中，可高達3500米/秒。
爆轟胞格的大小是反應程度的衡量標準，胞格越小，混合物的反應性越強。在一定程度上可以作為爆轟的判斷值，可以透過實驗來測定。一個胞格尺寸為15毫米的氫-空氣化學當量比混合物，具有很高的活性，而一個胞格尺寸約為330毫米的甲烷-空氣化學當量比混合物，是最不敏感的普通燃料。胞格尺寸隨化學當量比的增大而增大。20世紀70年代末，爆炸胞格尺寸λ的有用性得到了廣泛認可。第一步是找到胞格大小和臨界管直徑之間的相關性(d = 13 × λ)。這一經驗規律是開發一個簡單的表面能模型的基礎，該模型允許推導各種烴類-空氣混合物的臨界起爆裝藥重量，與實驗資料相當吻合。
爆轟胞格大小
臨界管直徑是爆震波從管中出現，並在無約束體系中成為爆震波所需要的最小直徑。它是一種測量無約束可爆體系的最小尺寸的方法。以高能炸藥(TNT或三硝基苯甲硝胺)質量給出的爆轟起爆能量為引發球形爆轟波所需的最小能量，三硝基苯甲硝胺的能量為4.3 MJ/kg。
從燃點處的火焰前緣發展到爆轟的距離取決於許多引數，如溫度、壓力、混合物組成、幾何形狀(障礙物)和火源強度等。對於要引爆的氫-空氣化學當量比混合物，典型的管長度與直徑之比約為100。
氫氣-空氣混合氣爆炸形成壓力波，壓力波隨燃燒方式的不同而不同。在氫氣-空氣氣體混合物爆燃時，最大超壓約為10 kPa。小於7千帕的超壓仍認為不危險；在7kPa時，人會摔倒在地；35 kPa時，預計會產生耳膜損傷；240kPa被認為是一個臨界值，超過這個臨界值就必須考慮人員傷亡。
不同氫燃燒模式的壓力波動形式
火焰所輻射的熱能對應於較高的熱值，它可以被大氣中的水分吸收而減少。由於周圍水蒸汽的強烈吸收，氫火焰發出的輻射很低(發射率ε＜0.1)，不同於碳氫化合物火焰(ε＜1)。因此，儘管它的火焰溫度很高，但燃燒危險性相對較小。主要的問題是即使在黑暗的場景下，也不易發現(除非空氣中有雜質)，因此很難識別和定位。氫空氣火焰的一個優點是不會產生煙霧(假設沒有其他物質被點燃)，這對於密閉空間的安全性是很重要的。