氢气是一种常温下无色、无嗅、无味的气体，由双原子分子H2组成。它的键由σ键分子轨道（σs）中的一对电子组成。
在0°和760毫米压力下，氢气的密度为0.08987克／升，是已知最轻的物质。由于其密度低，可以使用下方排气法来收集氢气。氢气比空气轻，因此常用于气球中作为提升剂。
当氢气被充分冷冻和加压时，会变成液体。在一大气压下，液态氢的沸点为－252.7°C。液态氢的低温可用于冷冻其他物质至低温。它可以将所有其他气体转变为固体，唯一的例外是氦。在-259.14°C时，氢气凝固成一种透明的固体。
由于氢气分子比其他气体分子轻且运动速度快，因此氢气比任何其他气体都扩散得快。可以使用图9－3（a）所示的仪器来比较氢气和空气的相对扩散速度。当将一只倒置的装有氢气的烧杯放在多孔陶杯上时，氢气通过陶杯多孔壁的扩散速度比陶杯内的空气向外扩散速度快。这会在陶杯中产生压力，使瓶中的水通过喷嘴被压出。如果将烧杯从陶杯上拿开（图9－3b），氢气从杯中向外扩散的速度比空气快，从而在杯中形成部分真空，使空气通过喷管进入装有水的瓶子中。
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