Υδρογόνο

Καύση

Το αέριο υδρογόνο («διυδρογόνο» ή «μοριακό υδρογόνο») είναι εξαιρετικά εύφλεκτο και καίγεται στον αέρα σε ένα πολύ μεγάλο εύρος συγκέντρωσης, συγκεκριμένα 4 - 75% κατ' όγκο. Η ενθαλπία της καύσης του υδρογόνου είναι -286 kJ/mole:
Υπάρχουν εκρηκτικά μείγματα του υδρογόνου επίσης με τον αέρα και με το χλώριο σε εύρος συγκεντρώσεων 4-74% και 5–95% κατ' όγκο, αντίστοιχα. Τα μείγματα μπορούν να αναφλεγούν με σπινθήρα, με θέρμανση ή με ηλιακό φως. Η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης του υδρογόνου στον αέρα είναι 500°C. Οι φλόγες καθαρού υδρογόνου και καθαρού οξυγόνου εκλύουν υπεριώδες φως, οπότε με μείγμα πλούσιο σε οξυγόνο είναι σχεδόν αόρατες με γυμνό μάτι, όπως φαίνεται καθαρά από το θαμπό νέφος της εξάτμισης των κύριων κινητήρων ενός διαστημικού λεωφορείου, ιδιαίτερα σε σύγκριση με το πολύ ορατό αντίστοιχο νέφος των διπλανών προωθητήρων στερεών καυσίμων. Η ανίχνευση τυχόν διαρροής υδρογόνου μπορεί να απαιτεί τη χρήση ανιχνευτή φλόγας. Τέτοιες διαρροές μπορεί να είναι πολύ επικίνδυνες. Ένα διάσημο παράδειγμα ήταν η καταστροφή του αεροπλοίου Χίντενμπουργκ, στο οποίο οι φλόγες έγινες ορατές μόνο αφού αναφλέχθηκαν και άλλα καύσιμα υλικά, από το κέλυφος του σκάφους, που έδιναν ορατή φλόγα Οι φλόγες υδρογόνου υπό άλλες συνθήκες είναι γαλάζιες, θυμίζοντας τις φλόγες φυσικού αερίου.
Το υδρογόνο αντιδρά με κάθε οξειδωτικό στοιχείο. Αντιδρά αυθόρμητα και βίαια σε θερμοκρασία δωματίου με το χλώριο και το φθόριο, σχηματίζοντας τα αντίστοιχα υδραλογόνα, δηλαδή υδροχλώριο και υδροφθόριο, αντιστοίχως, που επιπλέον είναι επίσης δυνάμει επικίνδυνα οξέα.

Ομοιοπολικές (ανόργανες και οργανικές) ενώσεις

Αν και το διυδρογόνο (H₂) δεν είναι και πολύ δραστικό στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, σχηματίζει ενώσεις με τα περισσότερα χημικά στοιχεία. Το υδρογόνο μπορεί να σχηματίσει ενώσεις με στοιχεία πιο ηλεκτραρνητικά από το ίδιο, όπως τα αλογόνα ή το οξυγόνο. Σε αυτές τις ενώσεις το υδρογόνο έχει μερικό (στατιστικό) θετικό φορτίο. Όταν ενωθεί με το φθόριο, το οξυγόνο ή το άζωτο, το υδρογόνο να σχηματίζει επίσης μέτριας ισχύος μη ομοιοπολικούς δεσμούς, που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου, που είναι ζωτικής σημασίας για τη σταθερότητα και (τη λειτουργικότητα) της δομής πολλών βιολογικών μορίων. Το υδρογόνο επίσης σχηματίζει ενώσεις και με λιγότερο ηλεκτραρνητικά από το ίδιο στοιχεία, όπως τα μέταλλα και τα μεταλλοειδή, στα οποία (όταν σχηματίζει με αυτά ομοιοπολικούς δεσμούς) έχει μερικό αρνητικό φορτίο. Αυτές οι ενώσεις είναι συχνά γνωστές ως υδρίδια.
Το υδρογόνο σχηματίζει ένα μεγάλο αριθμό ενώσεων μόνο με τον άνθρακα, που ονομάζονται υδρογονάνθρακες, αλλά και έναν ακόμη μεγαλύτερο αριθμό ενώσεων στα οποία συμμετέχουν και ετεροάτομα. Εξαιτίας της μεγάλης συσχέτισης αυτών των ενώσεων με τα ζωντανά πλάσματα ονομάστηκαν οργανικές ενώσεις. Η μελέτη των ιδιοτήτων (των οργανικών ενώσεων) είναι το κύριο πεδίο έρευνας της οργανικής χημείας. Ειδικότερα, η μελέτη των ενώσεων που σχετίζονται άμεσα με τους ζωντανούς οργανισμούς είναι γνωστή ως βιοχημεία. Σύμφωνα με κάποιους ορισμούς διαχωρισμού των οργανικών ενώσεων από τις ανόργανες απαραίτητος για τις οργανικές ενώσεις είναι μόνο ο άνθρακας. Ωστόσο, η πλειοψηφία αυτών (των οργανικών ενώσεων) περιέχει υδρογόνο, γιατί είναι ο δεσμός άνθρακα - υδρογόνου που δίνει σε αυτήν την κατηγορία ενώσεων τα περισσότερα από τα ιδιαίτερα χημικά χαρακτηριστικά της. Ακόμη, ο δεσμός άνθρακα - υδρογόνου είναι απαραίτητος σύμφωνα με κάποιους άλλους ορισμούς της έννοιας «οργανική», στη Χημεία. Εκατομμύρια υδρογονανθράκων (μόνο) είναι γνωστοί, και συχνά η σύνθεσή τους απαιτεί πολύπλοκες παραγωγικές οδούς, οι οποίες (σχετικά) σπάνια περιλαμβάνουν και αντιδράσεις με στοιχειακό υδρογόνο.

Ο ρόλος του υδρογόνου στην ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας

Εξαιτίας της σχετικά απλής ατομικής δομής του, που αποτελείται μόνο από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο, το άτομο του υδρογόνου, μαζί με το φάσμα που εκπέμπεται ή απορροφάται από αυτό, ήταν κεντρικό για την ανάπτυξη της θεωρίας της ατομική δομής. Επιπλέον, η συνεπάγουσα σχετική απλότητα του μορίου υδρογόνου (H₂) και ακόμη περισσότερο του κατιόντος διυδρογόνου (H₂⁺) επέτρεψε την πληρέστερη κατανόηση της φύσης του χημικού δεσμού, που ακολουθήθηκε σύντομα μετά από την κβαντομηχανική μεταχείριση του ατόμου του υδρογόνου που αναπτύχθηκε κατά τα μέσα της δεκαετίας του 1920.
Ένα από τα πρώτα κβαντικά φαινόμενα που εξάχθηκαν παρατηρήθηκε (αλλά δεν κατανοήθηκε αμέσως) από τον Μάξγουελ (James Clerk Maxwell) και αφορούσε το υδρογόνο, μισό αιώνα πριν ανακαλυφθεί η πλήρης κβαντομηχανική θεωρία. Ο Μάξγουελ παρατήρησε, συγκεκριμένα, ότι η σχετική θερμοχωρητικότητα του διυδρογόνου ανεξήγητα αποκλίνει από εκείνη που αντιστοιχεί σε ένα διατομικό αέριο κάτω από τη θερμοκρασία δωματίου και μάλιστα αρχίζει να αυξανόμενα να εξομαλύνεται με εκείνη ενός μονοατομικού αερίου σε κρυογενικές θερμοκρασίες. Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, αυτή η συμπεριφορά οφείλεται στα διαστήματα που αφήνουν τα κβαντισμένα επίπεδα περιστροφικής ενέργειας, που είναι σχετικά μεγάλα για το διυδρογόνο, εξαιτίας της σχετικά μικρής μάζας του. Αυτά τα σχετικά μεγάλης απόστασης επίπεδα «απαγορεύουν» την ίση διάχυση της θερμικής ενέργειας στην ενέργεια περιστροφικής κίνησης των μορίων του διυδρογόνου στις χαμηλές θερμοκρασίες. Τα διατομικά αέρια που αποτελούνται από βαρύτερα άτομα δεν έχουν τόσο μεγάλης απόστασης ενεργειακά επίπεδα και «δεν απαγορεύουν» τη διάχυση της θερμικής ενέργειας ώστε να παρατηρηθεί το ίδιο φαινόμενο.

Φυσική παρουσία

Όπως ανακάλυψε η Σεσίλια Πέιν-Γκαπόσκιν (Cecilia Payne-Gaposchkin) το 1925, το υδρογόνο, ως ατομικό υδρογόνο, είναι το πιο άφθονο χημικό στοιχείο στο σύμπαν, του οποίου αποτελεί πάνω από το 75% της μάζας του και πάνω από το 90% του συνολικού αριθμού των ατόμων, αν και η περισσότερη μάζα του σύμπαντος δεν βρίσκεται με τη μορφή της ύλης τύπου χημικών στοιχείων, αλλά μάλλον υποστηρίζεται ότι βρίσκεται σε μη ανιχνευθέντες ακόμη μορφές μάζας, όπως η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια. Το υδρογόνο βρίσκεται σε μεγάλη αφθονία στα άστρα και στους γιγάντιους αεριώδεις πλανήτες. Τα μοριακά νέφη διυδρογόνου είναι συσχετισμένα με το σχηματισμό νέων άστρων. Το υδρογόνο παίζει ένα ζωτικό ρόλο στην παραγωγή ενέργειας από τα άστρα, μέσω της αντίδρασης πρωτονίου - πρωτονίου και του κύκλου CNO πυρηνική σύντηξη πυρηνικής σύντηξης. 
Σε όλο το σύμπαν, το περισσότερο υδρογόνο βρίσκεται με τη μορφή του ατομικού υδρογόνου και της κατάστασης πλάσματος, του οποίου οι ιδιότητες είναι σημαντικά διαφορετικές από αυτές του μοριακού υδρογόνου (ή διυδρογόνου). Στην κατάσταση πλάσματος τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια δεν βρίσκονται μαζί, με αποτέλεσμα μια πολύ μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα και φωτεινότητα, παράγοντας ουσιαστικά το φως του Ήλιου και των άλλων άστρων. Τα φορτισμένα σωματίδια επηρεάζονται πολύ από μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία. Για παράδειγμα, η αλληλεπίδραση του ηλιακού ανέμου με τη Γήινη μαγνητόσφαιρα δίνει τα ρεύματα Μπίρκελαντ (Birkeland currents) και τα σέλαα. Το υδρογόνο βρίσκεται σε ουδέτερη ατομική μορφή στο διαστρικό ενδιάμεσο. Μεγάλες ποσότητες ουδέτερου υδρογόνου βρέθηκε στα συστήματα Λύρα α και θεωρείται ότι κυριαρχεί στην κοσμολογική βαρυονική πυκνότητα του σύμπαντος με μια μετατόπιση προς το ερυθρό z = 4.
Κάτω από τις συνηθισμένες στη Γη συνθήκες, το στοιχειακό υδρογόνο βρίσκεται στη μορφή του διατομικού αερίου διυδρογόνου (H₂). Ωστόσο, το υδρογόνο είναι πολύ σπάνιο στην ατμόσφαιρα της Γης (με συγκέντρωση περίπου 1 ppm κατ'όγκο) επειδή το μικρό του βάρος επιτρέπει τη διαφυγή του από τη γήινη βαρύτητα προς το διάστημα πιο εύκολα σε σύγκριση με τα βαρύτερα αέρια. Ωστόσο, το υδρογόνο είναι το τρίτο πιο άφθονο χημικό στοιχείο στην επιφάνεια της Γης, το περισσότερο με τη μορφή του νερού και των υδρογονανθράκων. Το υδρογόνο παράγεται από κάποια βακτήρια και άλγη και είναι φυσικό συστατικό των αερίων εντέρου, όπως το μεθάνιο, που είναι μια πηγή υδρογόνου με αυξάνουσα σημαντικότητα.
Μια μορφή που ονομάζεται πρωτονιομένο μοριακό υδρογόνο (H₃⁺) είναι ένα από τα πιο άφθονα ιόντα στο σύμπαν και παίζει έναν αξιοσημείωτο ρόλο στη χημεία του διαστρικού ενδιάμεσου. Το ουδέτερο τριατομικό υδρογόνο (H₃) μπορεί μόνο να υπάρχει σε μια διεγερμένη μορφή και είναι ασταθές. Σε αντιδιαστολή, το θετικό ιόν μοριακού υδρογόνου (H₂⁺) είναι σπάνιο χημικό είδος στο σύμπαν.

Βιομηχανική

1. Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, αλλά οικονομικά η πιο σημαντική διεργασία περιλαμβάνει αφαίρεση υδρογόνου από υδρογονάνθρακες. Το βιομηχανικό υδρογόνο συνήθως παράγεται με αναμόρφωση με ατμό σε φυσικό αέριο. Σε υψηλές θερμοκρασίες (700 - 1000°C), ατμός αντιδρά με το μεθάνιο (CH₄, κύριο συστατικό του φυσικού αερίου) και δίνει μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και υδρογόνο:
Αυτή η αντίδραση ευνοείται σε χαμηλές πιέσεις, αλλά παρ'όλα αυτά διεξάγεται σε υψηλές πιέσεις, της τάξης των 20 atm. Αυτό συμβαίνει γιατί το υψηλής πίεσης υδρογόνο είναι το πιο αξιοποιήσιμο εμπορικά προϊόν και γιατί τα συστήματα καθαρισμού προσρόφησης ταλάντωσης πίεσης (Pressure Swing Adsorption (PSA) purification systems) λειτουργούν καλύτερα σε υψηλές πιέσεις. Το παραγόμενο μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου ονομάζεται συχνά «υδραέριο» ή «συνθετικό αέριο», γιατί χρησιμοποιείται συχνά απευθείας για την παραγωγή μεθανόλης και άλλων σχετικών ενώσεων. Άλλοι υδρογονάνθρακες εκτός του μεθανίου μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή συνθετικού αερίου, αλλά (πιθανώς) με διαφορετικές αναλογίες προϊόντων. 
2. Μια από τις πολλές παραλλαγές της παραπάνω μεθόδου είναι ο σχηματισμός κωκ ή γενικότερα άνθρακα αντί μονοξειδίου του άνθρακα:
3. Επιπλέον, η αναμόρφωση με ατμό μπορεί να γίνει και στο παραγόμενο μονοξείδιο του άνθρακα, για την παραγωγή επιπλέον υδρογόνου, ιδιαίτερα με οξείδιο του σιδήρου ως καταλύτη. Η αντίδραση αυτή είναι μια συνηθισμένη βιομηχανική πηγή διοξειδίου του άνθρακα:
4. Άλλη σημαντική μέθοδος παραγωγής υδρογόνου περιλαμβάνει τη μερική οξυγόνωση υδρογονανθράκων: 
5. Επίσης, μπορεί να γίνει παραγωγή υδρογόνου με αναμόρφωση με ατμό σε γαιάνθρακα:
6. Τέλος, πολύ συχνά το υδρογόνο παράγεται και καταναλώνεται στην ίδια βιομηχανική διεργασία, χωρίς καν να διαχωριστεί ενδιάμεσα. Για παράδειγμα, στη διεργασία Χάμπερ (Haber process), για την παραγωγή αμμωνίας, το υδρογόνο παράγεται από το φυσικό αέριο και χρησιμοποιείται άμεσα για τη σύνθεση της αμμωνίας:
7. Τέλος χρησιμοποιείται η ηλεκτρόλυση άλμης, που παράγει βασικά χλώριο, αλλά και υδρογόνο ως παραπροϊόν:

Αναερόβια διάβρωση

Κάτω από αναερόβιες συνθήκες, τα κράματα σιδήρου και χάλυβα οξειδώνονται αργά από τα πρωτόνια του νερού, τα οποία κατά συνέπεια ανάγονται σε υδρογόνο. Η αναερόβια διάβρωση του σιδήρου οδηγεί αρχικά στο σχηματισμό υδροξειδίου του σιδήρου και μπορεί να περιγραφεί με την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:
Με τη σειρά του, πάντα κάτω από αναερόβιες συνθήκες, το υδροξείδιο του σιδήρου μπορεί να οξειδωθεί παραπέρα από τα πρωτόνια του νερού, σχηματίζοντας έτσι μαγνητίτη και υδρογόνο. Η διεργασία μπορεί να περιγραφή από την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης Σχικόρρ (Schikorr reaction):
Ο καλά κρυσταλλωμένος μαγνητίτης (Fe₃O₄) είναι θερμοδυναμικά πιο σταθερός σε σχέση με το υδροξείδιο του σιδήρου.
Αυτή η διεργασία συμβαίνει όταν σίδηρος ή χάλυβας διαβρώνεται αναεροβικά από μη οξυγονούχο υπόγειο νερό και σε αναγωγικά εδάφη κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα.
Σε απουσία ατμοσφαιρικού οξυγόνου, σε βαθιές γεωλογικές συνθήκες που συμβαίνουν μακρυά από την ατμόσφαιρα της Γης, το υδρογόνο παράγεται με τη διεργασία ερπετοποίησης (process of serpentinization) από την αερόβια οξείδωση πρωτονίων νερού σε πυριτικό σίδηρο (Fe₂SiO₄), που βρίσκεται στο κρυσταλλικό πλέγμα του φαϋαλίτη (Fe₂SiO₄, το σιδηρούχο μέρος της ολιβίνης). Από την αντίδραση αυτή παράγονται μαγνητίτης (Fe₃O₄), χαλαζίας (SiO₂) και υδρογόνο, σύμφωνα με την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:
Η αντίδραση αυτή μοιάζει πολύ με την παραπάνω αναφερόμενη αντίδραση Σχικόρ, δηλαδή της αναεροβικής οξείδωσης του υδροξειδίου του σιδήρου με την επαφή του (τελευταίου) με νερό.

Σχηματισμός υδρογόνου σε μετασχηματιστές ισχύος

Από όλα τα παραπροϊόντα αέρια που παράγονται σε μετασχηματιστές ισχύος, το υδρογόνο είναι το πιο συνηθισμένο και παράγεται κάτω από τις περισσότερες σφαλματικές συνθήκες (fault conditions). Έτσι, ο σχηματισμός του υδρογόνου είναι μια πρώιμη ένδειξη σοβαρών προβλημάτων κατά τον «κύκλο ζωής» ενός μετασχηματιστή.

Κατανάλωση σε διεργασίες

Μεγάλες ποσότητες υδρογόνου χρειάζονται στις πετροχημικές και χημικές βιομηχανίες. Η μεγαλύτερη (σε κατανάλωση) εφαρμογή του υδρογόνου είναι στην επεξεργασία (αναβάθμιση, upgrading) των ορυκτών καυσίμων και στην παραγωγή αμμωνίας. Οι κυριότεροι καταναλωτές υδρογόνου είναι στις πετροχημικές μονάδες που περιλαμβάνουν διεργασίες όπως υδροαπαλκυλίωση, υδροαποθείωση και υδροπυρόλυση. Το υδρογόνο έχει και αρκετές άλλες χρήσεις. Το υδρογόνο χρησιμοποιείται ως ένα μέσο υδρογόνωσης, ειδικότερα για την αύξηση του επιπέδου κορεσμού των ακόρεστων λιπών και ελαίων, παράγοντας προϊόντα τύπου μαργαρίνης. Επίσης το υδρογόνο εμπλέκεται στην παραγωγή της μεθανόλης και του υδροχλωρικού οξέος. Το υδρογόνο χρησιμοποιείται ακόμη ως ένα αναγωγικό μέσο για μεταλλιούχα ορυκτά.
Το υδρογόνο είναι πολύ διαλυτό σε πολλές σπάνιες γαίες και μεταβατικά μέταλλα και είναι διαλυτό σε νανοκρυσταλλικά και άμορφα μέταλλα. Η διαλυτότητα του υδρογόνου σε μέταλλα αυξάνεται από την επίδραση τοπικών διαστρεβλώσεων ή τοπικής παρουσίας «ακαθαρσιών» στο κρυσταλλικό πλέγμα Αυτές οι ιδιότητες μπορεί να είναι χρήσιμες όταν το υδρογόνο καθαρίζεται με διαβίβαση διαμέσου θερμών δίσκων από παλλάδιο, αλλά από την άλλη η υψηλή διαλυτότητα του υδρογόνου αποτελεί ένα μεταλλουργικό πρόβλημα, συμβάλλοντας στην ευθραυστότητα των πολλών μετάλλων, κάνοντας περισσότερο πολύπλοκο τον σχεδιασμό αγωγών και δεξαμενών αποθήκευσης. 
Εκτός από τις παραπάνω χρήσεις του υδρογόνου ως ένα αντιδραστήριο, το υδρογόνο έχει ευρύτατες εφαρμογές στη Φυσική και στη Μηχανική. Χρησιμοποιήθηκε ως ένα προστατευτικό αέριο στη συγκόλληση σε μεθόδους συγκόλλησης όπως η συγκόλληση με ατομικό υδρογόνο. Το υδρογόνο χρησιμοποιείται ως ένας ψυκτικός στροφέας σε ηλεκτρογεννήτριες σε ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς, επειδή έχει την υψηλότερη θερμική αγωγιμότητας από όλα τα αέρια. Το υγρό υδρογόνο χρησιμοποιήθηκε στην κρυογενική έρευνα, που περιλαμβάνει τις μελέτες υπεραγωγιμότητας. Επειδή το υδρογόνο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα, έχοντας λίγο περισσότερο από το 1/14 της πυκνότητάς του, χρησιμοποιήθηκε ευρύτατα ώς ένα ανυψωτικό αέριο σε αερόστατα και αερόπλοια.
Σε πιο πρόσφατες εφαρμογές, το υδρογόνο χρησιμοποιήθηκε, καθαρό ή σε μείγμα με άζωτο (το μείγμα υδρογόνου - αζώτου αποκαλείται μερικές φορές ως «αέριο σχηματισμού», forming gas), ως ένας αέριος ιχνοθέτης για την ταχεία ανίχνευση διαρροής. Εφαρμογές του υδρογόνου μπορούν να βρεθούν στην αυτοκίνηση, σε χημικά προϊόντα, στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, σε αεροδιαστημικές και τηλεπικοινωνιακές βιομηχανίεςBlock, Matthias (2004-09-03). "Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies. Retrieved 2008-03-25.. Το υδρογόνο είναι εγκεκριμένο πρόσθετο τροφίμων (με τον κωδικό E949) που επιτρέπει τον έλεγχο διαρροής από πακεταρισμένα τρόφιμα, εκτός από άλλες αντιοξειδωτικές ιδιότητες.
Τα σπανιότερα ισότοπα του υδρογόνου έχουν τις δικές τους ειδικές εφαρμογές. Το δευτέριο χρησιμοποιείται ως ένας επιβραδυντής νετρονίων σε εφαρμογές πυρηνικής σχάσης. Το δευτέριο έχει ακόμη εφαρμογές στη χημεία και στη βιολογία για τη μελέτη των αντιδράσεων και ισοτοπικών φαινομένων. Το τρίτιο παράγεται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή βομβών υδρογόνου, ως ένας ραδιοϊσοτοπικός επισημαντής σε βιοεπιστήμες, και ως μια ραδιενεργή πηγή για φωτεινές μπογιές.
Η θερμοκρασία του τριπλού σημείου της ισορροπίας υδρογόνου ορίστηκε ως ένα πρότυπο σημείο στη θερμοκρασιακή κλίμακα ITS-90 και αντιστοιχεί σε 13,8033 K.

Το υδρογόνο και η βιομηχανία ημιαγωγών

Το υδρογόνο χρησιμοποιείται για να μετατρέπει σε κορεσμένους «σπασμένους» δεσμούς σε άμορφο πυρίτιο και σε άμορφο άνθρακα και αυτό βοηθά να σταθεροποιούνται οι ιδιότητες των υλικών. Επίσης, το υδρογόνο είναι ένας  δυνάμει ηλεκτρονικός δότης για αρκετά οξυγονούχα υλικά, που περιλαμβάνουν το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO), το διοξείδιο του κασσιτέρου (SnO₂), το οξείδιο του καδμίου (CdO), το οξείδιο του μαγνησίου (MgO), το διοξείδιο του ζιρκονίου (ZrO₂), το διοξείδιο του αφνίου (HfO₂), το τριοξείδιο του λανθανίου (La₂O₃), το τριοξείδιο του υττρίου (Y₂O₃), το διοξείδιο του τιτανίου (TiO₂), το τιτανικό στρόντιο (SrTiO₃), το αργιλικό λανθάνιο (LaAlO₃), το διοξείδιο του πυριτίου (SiO₂), το οξείδιο του αργιλίου (Al₂O₃), το πυριτικό ζιρκόνιο (ZrSiO₄), το πυριτικό άφνιο (HfSiO₄) και το ζιρκονικό στρόντιο (SrZrO₃).