Vätets egenskaper inkluderar att det i sitt naturliga tillstånd på jorden är en färglös, luktfri gas som är extremt brandfarlig. Det är det lättaste elementet som finns i naturen och tar upp i genomsnitt 75 % av all massa i universum i stjärnor, planeter och andra stjärnobjekt. Väte är också nödvändigt för allt liv på jorden, där det utgör 14 % av levande materia i vikt, eftersom det lätt bildar bindningar med syre för att skapa vatten och kol för att skapa de molekyler som är basen på vilka levande strukturer och de flesta organiska molekylerna är byggd.
Medan den vanligaste formen av väte är protium, där det bara har en proton i sin atomkärna och en elektron i omloppsbana runt kärnan, finns två andra isotoper av väte också. Protium står för 99.985 % av allt naturligt väte, och deuterium står för ytterligare nästan 0.015 % med både en proton och neutron i atomkärnan, vilket ger den en massa som är dubbelt så stor som protium. Tritium är den tredje formen av väte, som är ytterst sällsynt i naturen, men kan framställas på konstgjord väg. Den är instabil och uppvisar radioaktivt sönderfall med en halveringstid på 12.32 år. Den har två neutroner i atomkärnan för en proton, och är en nyckelförening som produceras och används i vätebombvapen för att öka deras utbyte, såväl som i kärnklyvningsenergiproduktion och i kärnfusionsforskning.
Vätets kemiska egenskaper, med bara en elektron i omloppsbana, gör att det är ett mycket reaktivt element som bildar bindningar med många andra element. I sitt naturliga tillstånd i atmosfären binder den till en annan väteatom som syre gör, för att bilda H2. H2-molekyler kan också vara unika beroende på spinn av deras kärnor, med molekyler av H2 där båda kärnorna snurrar i samma riktning kallas ortoväte, och de med motsatta spinn kallas parahydrogen. Ortoväte är den vanligaste formen av H2 vid normalt atmosfärstryck och temperatur i gasform, men när den kyls till flytande form, såsom för raketbränsle, ändras ortoväte till paraväte.
Vätets fysiska egenskaper och dess utbredda överflöd på land och i jordens hav gör det till ett viktigt forskningsområde som en praktiskt taget obegränsad bränsleförsörjning. Alla former av fossilbaserade bränslen och alkoholer som bensin, naturgas och etanol är sammansatta av kolvätekedjor där väte, kol och ibland syre är sammanbundna. Att separera rent väte som en rent brinnande, riklig bränslekälla görs enkelt, men den kraft som krävs för att bryta väte fri från kemiska bindningar och sedan kyla det för lagring tar ofta mer energi än det rena vätet självt kan generera. Av denna anledning innebär egenskaperna hos väte att dess vanligaste användningsområden är där det finns i kemiska bindningar med andra grundämnen.
Forskning om fusionsenergiproduktion bygger också på de kemiska egenskaperna hos väteföreningarna deuterium och tritium. Egenskaperna hos väte som används av alla stjärnor smälter samman väteatomer under intensivt tryck för att frigöra helium och energi i form av ljus och värme. Liknande tryck genereras i forskningsanläggningar som använder kraftfulla magnetfält, tröghetsavgränsningslasrar eller elektriska pulser i USA, Europa och Japan.
När sammansmältningen av väteatomer äger rum skapas en heliumatom som bär 20 % av överskottsenergin från processen, och 80 % av energin bärs av en fri neutron. Denna neutronenergi eller värme absorberas sedan av en vätska för att skapa ånga och driva en turbin för att producera elektricitet. Processen är fortfarande experimentell, dock från och med 2011. Detta beror på det enorma tryck som måste upprätthållas för att sammansmälta väteatomer kontinuerligt och för att göra maskiner som kan uthärda temperaturer som produceras i fusion som når 212,000,000 100,000,000 XNUMX ° Fahrenheit (XNUMX XNUMX XNUMX ° Celsius) ).