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1766年卡文迪許向英國學會提交了一篇研究報告《人造空氣實驗》講了他用鐵、鋅等與稀硫酸、稀鹽酸作用制得“易燃空氣”即氫氣并用普利斯特里發明的排水集氣法把它收集起來進行研究。他發現的某種金屬分別與足量的各種酸作用所產生的這種氣體的量是固定的與酸的種類、濃度都無關。他還發現氫氣與空氣混合后點燃會發生爆炸又發現氫氣與氧氣化合生成水從而認識到這種氣體和其它已知的各種氣體都不同。但是由于他是燃素說的虔誠信徒按照他的理解這種氣體燃燒起來這么猛烈富含燃素硫磺燃燒后成為硫酸那么硫酸中是沒有燃素的而按照燃素說金屬也是含燃素的。所以他認為這種氣體是從金屬中分解出來的而不是來自酸中。他設想金屬在酸中溶解時“它們所含的燃素便釋放出來形成了這種可燃空氣”。他甚至曾一度設想氫氣就是燃素這種推測很快就得以當時的一些化學家舍勒、基爾萬（KirwanR.1735-1812）等的贊同。由于把氫氣充到氣球中氣球便會徐徐上升這種現象當時曾被一些燃素學說的信奉者們用來作為他們“論證”燃素具有負重量的根據。但卡文迪許究竟是一位非凡的科學家后來他弄清楚了氣球在空氣中所受浮力問題通過研究證明氫氣是有重量的只是比空氣輕很多。他是這樣做實驗的先把金屬和裝有酸的燒瓶稱重然后將金屬投入酸中用排水集氣法收集氫氣并測體積再稱量反應后燒瓶及內裝物的總量。這樣他確定了氫氣的比重只是空氣的9%.但這些化學家仍不肯輕易放棄舊說鑒于氫氣燃燒后會產生水于是他們改說氫氣是燃素和水的化合物。

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水的合成否定了水是元素的錯誤觀念在古希臘恩培多克勒提出宇宙間只存在火、氣、水、土四種元素它們組成萬物。從那時起直到18世紀70年代人們一直認為水是一種元素。1781年普利斯特里將氫氣和空氣放在閉口玻璃瓶中用電火花引爆發現瓶的內壁有露珠出現。同年卡文迪許也用不同比例的氫氣與空氣的混合物反復進行這項實驗確認這種露滴是純凈的水表明氫是水的一種成分。這時氧氣也已發現卡文迪許又用純氧代替空氣進行試驗不僅證明氫和氧化合成水而且確認大約2份體積的氫與1份體積的氧恰好化合成水發表于1784年。這些實驗結果本已毫無異議地證明了水是氫和氧的化合物,而不是一種元素。但卡文迪許卻和普利斯特里一樣仍堅持認為水是一種元素，氧是失去燃素的水，氫則是含有過多燃素的水。他用下式表示“易燃空氣”氫的燃燒：

水+燃素+ 水燃素→水

易燃空氣氫 失燃素空氣氧

1782年拉瓦錫重復了他們的實驗并用紅熱的槍筒分解了水蒸氣明確提出正確的結論水不是元素而是氫和氧的化合物糾正了兩千多年來把水當做元素的錯誤概念。1787年他把過去稱作“易燃空氣”的這種氣體命名為“Hydrogen”氫意思是“產生水的”并確認它是一種元素。

雖然氫氣在通常狀態下不是非常活潑但氫氣與絕大多數元素會組成化合物。碳氫化合物已知有數以百萬種但它們不會由氫氣和碳直接化合形成。氫氣與電負性較強的元素如鹵素反應在這些化合物中氫的氧化態為+1。氫與氟、氧、氮成鍵時可生成一種較強的非共價的鍵稱為氫鍵。氫鍵對許多生物分子具有重要意義。 氫也與電負性較低的元素如活潑金屬生成化合物這時氫的氧化態通常為 -1這樣的化合物稱為氫化物。

氫與碳形成的化合物由于其與生物的關系通常被稱為有機物研究有機物的學科稱為有機化學而研究有機物在生物中所起的作用的科學稱為生物化學。按某些定義“有機”只要求含有碳。但大多數含碳的化合物通常都含有氫。這些化合物的性質主要是由碳氫鍵決定的。故有時有機物的定義要求物質含有碳氫鍵。

無機化學中H- 可以作為橋接配體連接配合物中的兩個金屬原子。這樣的特性通常在13族元素中體現尤以鋁配合物。

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