خصائص البروتون

اكتشف العلم الحديث تدريجياً الحقيقة الرائعة وهي أن كل شيء مهم - على الرغم من الاختلافات التي لا حصر لها في الخصائص الفيزيائية والكيميائية - يتكون من مجموعة محدودة نسبيًا من الوحدات الأساسية المعروفة باسم ذرات. هذه الذرات ، بدورها ، هي ببساطة ترتيبات مختلفة لثلاثة جسيمات أساسية: الإلكترونات والنيوترونات والبروتونات. بمعنى ما ، فإن البروتون هو الجسيم دون الذري المحدد لأن الذرة تصنف على أنها عنصر محدد بناءً على عدد البروتونات الخاصة بها.

تقع البروتونات في نواة الذرة ، وهي نواة مضغوطة في مركز الذرة. تحتوي معظم النوى أيضًا على نيوترونات. ربما تكون السمة الأكثر أهمية للبروتون هي شحنتها الكهربائية الموجبة. هذه الشحنة تساوي في الحجم الشحنة الكهربائية السالبة للإلكترون ، مما يعني أن شحنة بروتون واحد توازن شحنة إلكترون واحد. لا تحتوي النيوترونات على شحنة كهربائية ، لذلك تمتلك الذرة شحنة محايدة إجمالية طالما أن عدد الإلكترونات فيها يساوي عدد البروتونات.

البروتونات لها كتلة صغيرة لكنها ليست صفرية. في الواقع ، تشكل البروتونات والنيوترونات معظم الكتلة في الكون - تتكون كل المادة من ذرات ، وتعزى كتلة الذرات بشكل أساسي إلى البروتونات والنيوترونات. كتلة البروتون الواحد 1.67 × 10 ^ -27 كجم ؛ هذا مشابه جدًا لكتلة النيوترون ولكنه أكبر بكثير من كتلة الإلكترون ، وهي 9.11 × 10 ^ -31 كجم. على الرغم من صغر حجم البروتون تقريبًا ، إلا أنه يمتلك حجمًا فيزيائيًا يمكن قياسه أيضًا. تشير الأبحاث الحديثة إلى أن قطر البروتون يبلغ حوالي 1.6 × 10 ^ -13 سم.

ينص قانون كولوم على أن الشحنات الكهربائية ذات القطبية المعاكسة تختبر قوة جذابة ، والشحنات الكهربائية التي لها نفس القطبية تتعرض لقوة تنافر. وتنص أيضًا على أن هذه القوة تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة التي تفصل شحنتين نقطيتين. وبالتالي ، فإن حجم القوة الكهربائية بين شحنتين نقطتين يزداد نحو اللانهاية حيث تقترب شحنة النقاط من بعضها البعض. هذا يعني أن البروتونات المكدسة في نواة الذرة تتعرض لقوة تنافر هائلة. ومع ذلك ، تظل النواة سليمة بسبب شيء يسمى القوة القوية. إحدى القوى الأساسية الأربعة ، تعمل القوة الشديدة على البروتونات والنيوترونات وهي قادرة على تماسكهما معًا لأنها أقوى من القوة الكهربائية بين البروتونات.

في سياق الفيزياء ، تتم مناقشة البروتونات بشكل خاص على أنها جسيمات دون ذرية. ومع ذلك ، يستخدم الكيميائيون مصطلحي "بروتون" و "أيون الهيدروجين" إلى حد ما بالتبادل. تحتوي ذرات الهيدروجين على بروتون واحد وإلكترون واحد ، ومعظمها لا يحتوي على نيوترونات. وبالتالي ، عندما تفقد ذرة الهيدروجين إلكترونها وتصبح أيونًا ، فإن كل ما تبقى هو بروتون واحد. هذه الحقيقة هي جانب مهم من جوانب الكيمياء لأن تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول يحدد درجة حموضة المحلول. بمعنى آخر ، ما يجعل مادة ما حمضية هو قدرتها على التبرع بالبروتونات لمواد أخرى أثناء التفاعلات الكيميائية.