Mikä on protonien massa ja varaus?

Atomien ajateltiin kerran olevan maailmankaikkeuden pienimpiä rakennuspalikoita, kunnes havaittiin, että jopa ne rakennettiin omista rakennuspalikoistaan. Nuo rakennuspalikat ovat protoneja, elektroneja ja neutroneja, ja tieteen kehittyessä on havaittu, että jokaisella näistä on myös omat ainutlaatuiset ominaisuutensa.

Yksittäisen protonin massa on 1,672621636 (83) í - 10 (-27) kg. Protonien kollektiivinen massa atomin ytimessä on suunnilleen sama kuin kaikkien neutronien massa. Atomin kaikesta painosta yli 99 prosenttia massasta on ytimessä; siksi lähes puolet atomin massasta koostuu protoneista. Protonin massa on noin 1860 kertaa suurempi kuin elektronin massa.

Protonin varaus on positiivinen varaus. Atomin ydin koostuu positiivisesti varautuneista protoneista ja negatiivisesti varautuneista neutroneista. Protonin kantamaa positiivista varausta kutsutaan +1 perusvaraukseksi, päinvastoin kuin negatiivinen varaus, jota yksi elektroni kantaa. Sitä kutsutaan perusvaraukseksi, koska se on teoriassa pienin mahdollinen varaus. (Tämä on sittemmin osoittautunut vääräksi kahdella poikkeuksella - kvarkilla ja kvasipartikkelilla). Yksi asia, jota ei ole koskaan osoitettu vääräksi, on, että varaus on vakio. Riippumatta olosuhteista, kuten lämpötilasta, paineesta ja tasaisesta ajasta, protonin perusvaraus ei muutu.

Sähkövaraus atomissa on mitattu useilla eri menetelmillä, mukaan lukien Josephsonin ja vonKlitsingin vakiot. Nämä menetelmät mittaavat jännite-annosten ja jälkimmäisten tapauksessa magneettikenttien vaikutuksia. Faraday-menetelmä on tapa mitata protonin varaus sähkövirralla ja mitata langan läpi kulkevan varauksen määrä. Ensimmäisessä tällaisessa kokeessa analysoitiin huolellisesti kontrolloidun sähkökemiallisen reaktion jälkeen jäljelle jääneet hopeakerrostumat. Vaikka Faradayn vakion mittaus on korvattu coulombin käytöllä (kansainvälisesti hyväksytty nimitys sähkövaraukselle), Faraday-vakio on edelleen laajalti käytössä sähkökemia.

Koska protonin varaus on positiivinen, protonien lukumäärä vs. elektronit atomissa ovat tärkeitä määritettäessä atomin varausta. On yksi atomi, jolla on vain yksi protoni eikä neutroneja: vety. Koska neutronilla ei ole todellista sähkövarausta, ainoa vetyvaraus saadaan yhdestä protonista. Tämän yhdistelmän takia termiä protoni käytetään joskus synonyyminä termin vetyioni kanssa.

Muutos atomin varauksessa voi tehdä atomista epävakaan. Vety on erityisen herkkä tälle muutokselle, jota kutsutaan ionisaatioksi. Kun atomi on ionisoitu, sitä voidaan kiihdyttää elektronisilla tai magneettikentillä. Tätä prosessia voidaan käyttää ydinvoimaloissa hiukkassäteilyn tuottamiseksi. Tämän prosessin aikana positiivisesti varautunut protoni jää jäljelle ja voi olla vaaraksi elävälle kudokselle. Prosessi tapahtuu myös luonnollisesti, mutta korkealla ilmakehässä, jossa se ei aiheuta vaaraa eläinten, ihmisten ja kasvien kudoksille.