La mayoría de los átomos de hidrógeno no contienen neutrones. Los raros isótopos deuterio y tritio contienen uno y dos neutrones, respectivamente.
A principios del siglo XX, el protón y el electrón estaban bien caracterizados, pero los números de masa atómica excedían constantemente los números atómicos, lo que implicaba que otra partícula de masa similar, el neutrón, estaba presente en el núcleo. En 1932, el físico James Chadwick confirmó su existencia.
El número atómico indica el número de protones. Los átomos neutros y estables tienen el mismo número de protones y electrones, lo que les da una carga neta cero. Las unidades de masa atómica (uma) se definen como una duodécima parte de la masa de un átomo de carbono 12, que contiene 6 protones y 6 neutrones; por lo tanto un protón o neutrón ≈1amu.
El hidrógeno, el elemento más ligero, existe en tres isótopos estables:
¹H – 0 neutrons (protium) ²H – 1 neutron (deuterium) ³H – 2 neutrons (tritium)
Todos los isótopos transportan un solo protón y un solo electrón, manteniendo la neutralidad eléctrica.
El protio es el isótopo más abundante. Si bien el hidrógeno libre rara vez existe en la Tierra, forma compuestos como agua (H₂O) e hidrocarburos. La combustión de hidrógeno emite sólo calor y agua, lo que lo convierte en un vector de energía limpia.
El deuterio se produce naturalmente en una proporción de ~1 en 6.420 átomos de hidrógeno. Cuando se combina con oxígeno, forma agua pesada (D₂O), que tiene un punto de congelación más alto (3,8°C) que el agua corriente. El agua pesada sirve como moderador de neutrones en los reactores nucleares y es valiosa en la investigación científica, aunque altas concentraciones (>25%) pueden ser perjudiciales para los tejidos biológicos.
El tritio es radiactivo y se desintegra con una vida media de 12,28 años. Se produce en reactores nucleares. A pesar de su radiactividad, el tritio se utiliza en señales luminosas de larga duración, en experimentos de rastreo y en ciertos diseños de armas nucleares.
