ما هي كتلة وشحنة البروتونات؟

كان يُعتقد في يوم من الأيام أن الذرات هي أصغر لبنات بناء الكون ، حتى تم اكتشاف أنها مبنية من لبنات بناء خاصة بها. هذه اللبنات الأساسية هي البروتونات والإلكترونات والنيوترونات ، ومع تقدم العلم ، تم اكتشاف أن لكل منها خصائصه الفريدة أيضًا.

كتلة البروتون الفردي 1.672621636 (83) í - 10 (-27) كجم. الكتلة الجماعية للبروتونات في نواة الذرة هي تقريبًا نفس كتلة جميع النيوترونات. من بين كل وزن الذرة ، يوجد أكثر من 99 في المائة من الكتلة في النواة ؛ لذلك ، ما يقرب من نصف كتلة الذرة تتكون من البروتونات. كتلة البروتون أكبر بنحو 1860 مرة من كتلة الإلكترون.

شحنة البروتون هي شحنة موجبة. تتكون نواة الذرة من البروتونات الموجبة الشحنة والنيوترونات سالبة الشحنة. الشحنة الموجبة التي يحملها البروتون تسمى الشحنة الأولية +1 ، وهي عكس الشحنة السالبة التي يحملها إلكترون واحد. يطلق عليها اسم الشحنة الأولية لأنها من الناحية النظرية أصغر شحنة ممكنة. (منذ ذلك الحين ثبت أن هذا خطأ مع استثناءين - الكوارك وشبه الجسيم). ومع ذلك ، فإن الشيء الوحيد الذي لم يتم إثبات خطئه مطلقًا هو أن الشحن ثابت. بغض النظر عن الظروف بما في ذلك أشياء مثل درجة الحرارة والضغط وحتى الوقت ، فإن الشحنة الأولية للبروتون لن تتغير.

تم قياس الشحنة الكهربائية في الذرة بعدد من الطرق المختلفة ، بما في ذلك ثوابت جوزيفسون وفونكليتسينج. تقيس هذه الطرق التأثيرات الناتجة عن تطبيقات جرعات الجهد ، وفي الحالة الأخيرة ، المجالات المغناطيسية. طريقة فاراداي هي طريقة لقياس شحنة البروتون باستخدام التيار الكهربائي وقياس كمية الشحنة التي تمر عبر السلك. تضمنت التجربة الأولى من هذا النوع تحليل رواسب الفضة المتروكة بعد تفاعل كهروكيميائي متحكم فيه بعناية. على الرغم من أن قياس ثابت فاراداي قد تم استبداله باستخدام كولوم (على الصعيد الدولي تعيين مقبول لشحنة كهربائية) ، لا يزال ثابت فاراداي قيد الاستخدام على نطاق واسع في مجال الكيمياء الكهربائية.

نظرًا لأن شحنة البروتون موجبة ، فإن عدد البروتونات مقابل شحنة البروتون موجبة. الإلكترونات في الذرة مهمة في تحديد شحنة الذرة. هناك ذرة واحدة تحتوي على بروتون واحد فقط ولا تحتوي على نيوترونات: الهيدروجين. نظرًا لأن النيوترون لا يحتوي على شحنة كهربائية فعلية ، فإن الشحنة الوحيدة للهيدروجين يتم توفيرها بواسطة البروتون الفردي. بسبب هذا الارتباط ، يستخدم مصطلح البروتون أحيانًا بشكل مرادف لمصطلح أيون الهيدروجين.

يمكن أن يؤدي تغيير شحنة الذرة إلى جعل الذرة غير مستقرة. الهيدروجين معرض بشكل خاص لهذا التغيير الذي يسمى التأين بمجرد تأين الذرة ، يمكن تسريعها بواسطة المجالات الإلكترونية أو المغناطيسية. هذه عملية يمكن استخدامها في محطات الطاقة النووية ، في إنتاج إشعاع الجسيمات. خلال هذه العملية ، يتم ترك بروتون موجب الشحنة ، ويمكن أن يشكل خطرًا على الأنسجة الحية. تحدث هذه العملية أيضًا بشكل طبيعي ، ولكنها تحدث في مكان مرتفع في الغلاف الجوي حيث لا تشكل خطرًا على الأنسجة الحيوانية والبشرية والنباتية.