Una molécula formada por dos átomos de hidrógeno unidos, la forma común del gas hidrógeno.La molécula de hidrógeno (H₂) es la molécula neutra más simple, formada por dos átomos de hidrógeno unidos por un enlace covalente. Es la molécula más abundante del universo, constituyendo una gran fracción del gas en las nubes interestelares y en las atmósferas de los gigantes gaseosos. Su simplicidad la convierte en un banco de pruebas fundamental para la mecánica cuántica molecular y la espectroscopía.
El tratamiento cuántico-mecánico de la molécula de hidrógeno fue realizado por primera vez por Walter Heitler y Fritz London en 1927, marcando el nacimiento de la química cuántica.
Los dos átomos de hidrógeno comparten un par de electrones, formando un enlace que surge de la interferencia constructiva de las funciones de onda atómicas. Los niveles de energía de la molécula están determinados por grados de libertad electrónicos, vibracionales y rotacionales, cada uno cuantizado. El estado electrónico fundamental tiene una energía de enlace de aproximadamente 4.5 eV, y las transiciones entre niveles rotacionales y vibracionales producen espectros característicos en las regiones infrarroja y de microondas.
Las moléculas de hidrógeno se utilizan en celdas de combustible, como propulsor de cohetes y en procesos industriales como la síntesis de amoníaco; sus líneas espectrales se emplean para estudiar el gas interestelar.
La molécula de hidrógeno tiene dos formas distintas — ortohidrógeno y parahidrógeno — que difieren en la orientación relativa del espín de los dos protones y tienen propiedades térmicas ligeramente diferentes.
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