Χαρακτηριστικά ενός Πρωτονίου

Η σύγχρονη επιστήμη ανακάλυψε σταδιακά το αξιοσημείωτο γεγονός ότι όλη η ύλη - παρά τις αμέτρητες παραλλαγές σε φυσικές και χημικές ιδιότητες - κατασκευάζεται από μια σχετικά περιορισμένη ομάδα βασικών μονάδων γνωστή ως άτομα. Αυτά τα άτομα, με τη σειρά τους, είναι απλά διαφορετικές διευθετήσεις τριών θεμελιωδών σωματιδίων: ηλεκτρόνια, νετρόνια και πρωτόνια. Κατά μια ορισμένη έννοια, το πρωτόνιο είναι το καθοριστικό υποατομικό σωματίδιο επειδή ένα άτομο ταξινομείται ως ένα συγκεκριμένο στοιχείο με βάση τον αριθμό των πρωτονίων του.

Τα πρωτόνια βρίσκονται στον πυρήνα ενός ατόμου, που είναι ένας συμπαγής πυρήνας στο κέντρο του ατόμου. Οι περισσότεροι πυρήνες περιέχουν επίσης νετρόνια. Ίσως το πιο βασικό χαρακτηριστικό ενός πρωτονίου είναι το θετικό ηλεκτρικό φορτίο του. Αυτό το φορτίο είναι ίσο σε μέγεθος με το αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο του ηλεκτρονίου, πράγμα που σημαίνει ότι το φορτίο ενός πρωτονίου εξισορροπεί το φορτίο ενός ηλεκτρονίου. Τα νετρόνια δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, επομένως ένα άτομο έχει ένα συνολικό ουδέτερο φορτίο αρκεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων του να είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων του.

Τα πρωτόνια έχουν μια μικροσκοπική αλλά μη μηδενική μάζα. Στην πραγματικότητα, τα πρωτόνια και τα νετρόνια σχηματίζουν το μεγαλύτερο μέρος της μάζας στο σύμπαν - όλη η ύλη αποτελείται από άτομα και η μάζα των ατόμων αποδίδεται κυρίως στα πρωτόνια και τα νετρόνια. Η μάζα ενός πρωτονίου είναι 1,67 x 10 ^ -27 κιλά. Αυτό είναι πολύ παρόμοιο με τη μάζα ενός νετρονίου αλλά πολύ μεγαλύτερη από τη μάζα ενός ηλεκτρονίου, η οποία είναι 9,11 x 10 ^ -31 κιλά. Ένα πρωτόνιο, αν και σχεδόν αδιανόητο μικρό, έχει επίσης μετρήσιμο φυσικό μέγεθος. Σύγχρονη έρευνα δείχνει ότι η διάμετρος ενός πρωτονίου είναι περίπου 1,6 x 10 ^ -13 εκατοστά.

Ο νόμος του Coulomb δηλώνει ότι τα ηλεκτρικά φορτία με αντίθετη πολικότητα βιώνουν μια ελκυστική δύναμη και τα ηλεκτρικά φορτία με την ίδια πολικότητα βιώνουν μια απωστική δύναμη. Δηλώνει επίσης ότι αυτή η δύναμη είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης που διαχωρίζει τα δύο σημεία φορτίων. Έτσι, το μέγεθος της ηλεκτρικής δύναμης μεταξύ των φορτίων δύο σημείων αυξάνεται προς το άπειρο καθώς τα φορτία σημείου πλησιάζουν πολύ το ένα το άλλο. Αυτό σημαίνει ότι τα πρωτόνια που συσκευάζονται στον πυρήνα ενός ατόμου βιώνουν μια τεράστια απωστική δύναμη. Ο πυρήνας παραμένει άθικτος, ωστόσο, λόγω κάτι που ονομάζεται ισχυρή δύναμη. Μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις, η ισχυρή δύναμη ενεργεί στα πρωτόνια και τα νετρόνια και είναι ικανή να τα συγκρατήσει επειδή είναι ισχυρότερη από την ηλεκτρική δύναμη μεταξύ των πρωτονίων.

Στο πλαίσιο της φυσικής, τα πρωτόνια συζητούνται συνήθως ως υποατομικά σωματίδια. Οι χημικοί, ωστόσο, χρησιμοποιούν τους όρους «πρωτόνιο» και «ιόν υδρογόνου» κάπως εναλλακτικά. Τα άτομα υδρογόνου έχουν ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο, και τα περισσότερα έχουν μηδέν νετρόνια. Κατά συνέπεια, όταν ένα άτομο υδρογόνου χάνει το ηλεκτρόνιο του και γίνεται ένα ιόν, το μόνο που μένει είναι ένα μόνο πρωτόνιο. Αυτό το γεγονός είναι μια σημαντική πτυχή της χημείας επειδή η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου σε ένα διάλυμα καθορίζει τον βαθμό οξύτητας του διαλύματος. Με άλλα λόγια, αυτό που καθιστά μια ουσία όξινη είναι η ικανότητά της να δωρίζει πρωτόνια σε άλλες ουσίες κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων.