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氢气为双原子分子。因为稀有气体核外电子排布本身就已经达到稳定结构，所以以单原子分子存在；而氮气，氢气等，由于氮，氢本身没有达到稳定结构，所以是双原子分子。
共价及有机化合物
虽然氢气在通常状态下不是非常活泼，但氢气与绝大多数元素会组成化合物。碳氢化合物已知有数以百万种，但它们不会由氢气和碳直接化合形成。
氢气与电负性较强的元素，如卤素反应在这些化合物中氢的氧化态为+1。氢与氟、氧、氮成键时可生成一种较强的非共价的键称为氢键。氢键对许多生物分子具有重要意义。
氢也与电负性较低的元素如活泼金属生成化合物这时氢的氧化态通常为-1这样的化合物称为氢化物。
氢化物
含有氢元素的二元化合物称为氢化物。“氢化物”一词暗含氢显负价且其氧化态为-1的意思。氢负离子记做H-其存在是1916年由吉尔伯特·路易斯预言的。
1920年Moers用电解氢化锂在阳极产生氢气从而证明了氢化物的存在。对于非IA或IIA族的元素形成的氢化物“氢化物”一词并不准确因为氢的电负性并不高。IA族碱金属的氢化物中有一个例外即高聚物氢化锂。
氢化铝锂中4个氢原子紧靠铝原子。虽然氢可与几乎所有的主族元素形成氢化物，但这些氢化物的原子配比却并不单一，例如二元的硼烷已发现100多种但氢化铝只有一种。二元氢化铟还未被发现但它存在于更大的配合物中。