在常溫下氫氣是一種由雙原子分子H2組成的無色、無嗅、無味的氣體。兩個氫原子之間的鍵是由σ鍵分子軌道(σs)中的一對電子組成的。
在0°和760毫米壓力下氫的密度為0.08987克/升,它是已知的最輕的物質。因為它的密度低,因此能用下方排氣法收集。由于氫遠比空氣(空氣的密度為1.293克/升)輕,使它在氣球中用作提升劑。
如果把氫充分冷凍和加壓,它就變成一種液體,這種液體在一大氣壓下的沸點為-252.7°C。液態(tài)氫的低溫用來冷凍其它物質至低溫。它可以把所有的其他氣體都轉變成固體,唯一的例外是氦。在一259.14°氫凝凍成一種透明的固體。
氫氣比任何其他氣體都擴散得快(10.10節(jié)),因為它的分子比任何其他氣體都輕,而且運動得快??捎脠D9-3(a)所示的儀器來比較氫和空氣的相對擴散速度。當將一只倒置的裝氫氣的燒杯放低并罩在多孔陶杯上,氫氣通過陶杯多孔壁的擴散要比在陶杯里的空氣向外擴散得快。結果在陶杯中產生了壓力,它使瓶里的水通過噴嘴壓出。如果把燒杯從陶杯(這時含有氫氣和空氣)上拿開(圖9-3b),氫氣從杯中向外擴散得比空氣快,于是在杯里造成部分真空,使空氣通過噴管而進入裝水的瓶子中。