प्रोटॉन के द्रव्यमान की गणना कैसे करें

परमाणु रहस्यमय चीजें हैं, जो रोजमर्रा की भाषा में हर तरह के असंबंधित तरीके से प्रकट होती हैं। भले ही आप रसायन विज्ञान के विशेषज्ञ न हों, आप शायद जानते हैं कि परमाणु पदार्थ का एक अत्यंत छोटा हिस्सा है और यह कि सभी पदार्थ कम से कम एक प्रकार के परमाणु से बने होते हैं।

रसायन विज्ञान और भौतिकी में विशेषण के रूप में "परमाणु" शाब्दिक है, परमाणु नामक इकाई की एक संपत्ति का जिक्र है। आकस्मिक संदर्भों में, लगभग पूरी तरह से द्वितीय विश्व युद्ध की घटनाओं के लिए धन्यवाद, इसका अर्थ है "विस्फोटक", जो भ्रामक है।

शब्दार्थ एक तरफ, परमाणु दिलचस्प हैं, क्योंकि वे वास्तव में कितने छोटे हैं, उनमें और भी छोटी चीजें शामिल हैं (मददगार उप-परमाणु कण कहा जाता है)। २०वीं शताब्दी के अंत तक, यह निश्चित रूप से अज्ञात था कि क्या ये तीन प्राथमिक उप-परमाणु कण (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन) स्वयं को असतत संरचनात्मक में अलग किया जा सकता है तत्व स्पॉयलर अलर्ट: वे कर सकते हैं।

प्रोटोन कई कारणों से भौतिकविदों और भौतिक रसायनज्ञों के लिए बहुत रुचि है। यह दो उप-परमाणु संरचनाओं में से एक है जिसे न्यूक्लियॉन के रूप में जाना जाता है, और यह वह है जो एक सकारात्मक विद्युत आवेश वहन करता है, जो परमाणु केंद्र में इसके समान आकार के साथी के विपरीत होता है।

इस बीच, इलेक्ट्रॉन, हालांकि परमाणु के आकार के संबंध में नाभिक से छोटे और असंभव रूप से दूर होते हैं, प्रोटॉन के साथ भी बल की बातचीत का अनुभव करते हैं। इन मूलभूत संस्थाओं की विभिन्न विशिष्ट विशेषताओं के बारे में जानने के लिए तैयार रहें।

आप पहले से ही आम तौर पर परमाणुओं से परिचित हो सकते हैं, लेकिन जब आप इसके कुछ हिस्सों का अधिक विस्तार से पता लगाना शुरू करते हैं, तो आपके दिमाग के सामने आवश्यक चीजों को रखना कभी भी बुरा विचार नहीं है।

2020 तक, 118 ज्ञात तत्व, या परमाणुओं की व्यक्तिगत "किस्में" थीं। प्रत्येक परमाणु में एक से 118 प्रोटॉन होते हैं, जो तत्वों की आवर्त सारणी पर परमाणु संख्या और तत्व की पहचान निर्धारित करने वाली संख्या भी है। हाइड्रोजन के अलावा सभी तत्वों में शामिल हैं न्यूट्रॉन, जो प्रोटॉन के द्रव्यमान में बहुत करीब हैं। न्यूट्रॉन की संख्या प्रोटॉन की संख्या के समान या उसके करीब होती है, तत्वों की इन विविधताओं के रूप में जाना जाता है आइसोटोप.

एक परमाणु के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान परमाणु के लगभग सभी द्रव्यमान के लिए होता है, क्योंकि तीसरे प्रकार के उप-परमाणु कण में प्रोटॉन या न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का लगभग 1/1,800 वां हिस्सा होता है।

लेकिन कणों को कहा जाता है इलेक्ट्रॉनों आवर्त सारणी के संगठन के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि यह इन ऋणात्मक आवेशों की संख्या और व्यवस्था है कण जो अलग-अलग तत्वों को उनके संबंध गुण देते हैं, अर्थात, जिस तरह से वे दूसरे से जुड़ते हैं (या कनेक्ट करने में विफल रहते हैं) परमाणु।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन नाभिक में एक साथ पैक किए जाते हैं, इन कणों की कुल संख्या 1 से लेकर 200 तक सबसे भारी तत्वों के लिए होती है। दिलचस्प बात यह है कि जब अधिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जोड़े जाते हैं तो नाभिक आकार में ज्यादा नहीं बढ़ता है, लेकिन परमाणु एक पूरे के रूप में होता है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि इलेक्ट्रॉन, संख्या में प्रोटॉन के समान, "संभाव्यता बादलों" में नाभिक के बाहर बहुत दूर स्थित होते हैं। ऊर्जा के अनुरूप, और इनका आकार परमाणु क्रमांक के साथ बढ़ता है, भले ही नाभिक एक ही के करीब रहता है आकार।

प्रोटॉन परमाणुओं के नाभिक में बैठते हैं और उन्हें वैचारिक उद्देश्यों के लिए गोलाकार माना जा सकता है। न्यूट्रॉन के बारे में भी यही सच है, और यदि आप एक साधारण परमाणु का त्रि-आयामी मॉडल बनाते हैं, तो आप प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के लिए अलग-अलग रंग के लेकिन समान आकार के गोले चुन सकते हैं।

एक प्रोटॉन का द्रव्यमान लगभग 1.67 × 10. होता है^–27 किलोग्राम (किलो)। न्यूट्रॉन की मात्रा बहुत थोड़ी अधिक होती है, लगभग 1.69 × 10^–27 किलो, और एक इलेक्ट्रॉन का है 9.11 × 10^–31 किलोग्राम। साथ ही, सुविधा के लिए एक प्रोटॉन के द्रव्यमान को 1 परमाणु द्रव्यमान इकाई (amu) दिया जाता है। इस इकाई का उपयोग अन्य उप-परमाणु कणों के लिए भी किया जाता है; एमु (परमाणु द्रव्यमान इकाइयों) में इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान 0.00055 है।

एक प्रोटॉन के आवेश को अन्य भौतिक कणों के संबंध में "प्लस वन" या +1 कहा जाता है, क्योंकि यह था एक बार माना जाता था कि प्रोटॉन (और इलेक्ट्रॉन) प्रकृति में कुछ भी आवेश की सबसे छोटी इकाइयों का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं है। इस मान का परिमाण (प्रोटॉन के लिए धनात्मक, इलेक्ट्रॉनों के लिए ऋणात्मक, इसलिए इन कणों को स्थिरवैद्युत बल द्वारा एक दूसरे की ओर आकर्षित करना) 1.6 × 10–19 C है।

यह ध्यान देने योग्य है, केवल भौतिकविदों और रसायनज्ञों के काम की सराहना करने के लिए, लंबे समय तक प्रोटॉन थे क्षय प्रदर्शित करने के लिए नहीं माना जाता है (जिसका अर्थ है कि वे मूल रूप से "हमेशा के लिए" एक बार बनते हैं), माना जाता है कि लगभग आधा जीवन है 10³² 10. तक³³ वर्षों। यह देखते हुए कि ब्रह्मांड की आयु ही लगभग 1.4 × 10. है¹⁰ वर्षों, एक प्रोटॉन क्षय को रेडियोधर्मी रूप से देखना लॉटरी-स्तर की उपलब्धि होगी!

प्रोटॉन, जितने मिनट होते हैं, वे भी अपने स्वयं के बिल्डिंग ब्लॉक्स से बने होते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों, वास्तव में, तीन अलग-अलग कणों से मिलकर बने होते हैं जो क्वार्क के प्रकारों का प्रतिनिधित्व करते हैं (उन पर जल्द ही अधिक)। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों में तीन "अप" क्वार्क और "डाउन" क्वार्क के कुछ संयोजन होते हैं। लेकिन अगर प्रोटॉन में +1 चार्ज है, और न्यूट्रॉन तटस्थ है, तो यह कैसे हो सकता है?

इसका उत्तर इस तथ्य में निहित है कि +1 "इकाई" या "मौलिक" चार्ज विभाज्य हो जाता है, आखिरकार, कम से कम क्वार्क की विशेष परिस्थितियों में। यदि एक प्रोटॉन में 2 अप क्वार्क और 1 डाउन क्वार्क होते हैं, जबकि न्यूट्रॉन में 1 अप क्वार्क और 2 डाउन क्वार्क होते हैं, तो अप क्वार्क को +(2/3) और डाउन क्वार्क को -(2/3) का चार्ज सौंपते हैं। समस्या।

• कुल छह क्वार्क ज्ञात हैं: ऊपर, नीचे, ऊपर, नीचे, आकर्षण तथा अजीब। (वैज्ञानिकों के पास कभी-कभी अजीब नामकरण परंपराएं होती हैं)।
  

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन माने जाते हैं बेरियन, क्वार्क से एक साथ फेंके गए कणों का सबसे भारी वर्ग। साथ मेसॉनों, वे कणों के एक समूह से संबंधित हैं जिन्हें. के रूप में जाना जाता है हैड्रॉन, जो मजबूत परमाणु बल या "गोंद" के अधीन हैं जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ रखता है।

एक प्रोटॉन बनाने वाले क्वार्क के आरोपों का योग करते समय प्रोटॉन का कुल चार्ज +1 हो जाता है, यह इतना आसान नहीं है जब यह आता है कोणीय गति, "स्पिन" से संबंधित एक संपत्ति।

एक प्रोटॉन वास्तव में घूमता नहीं है जैसे पृथ्वी अपनी धुरी के चारों ओर घूमती है, लेकिन "स्पिन" आंतरिक, या अंतर्निर्मित, कोणीय की संपत्ति की कल्पना करने का एक अच्छा तरीका है एक प्रोटॉन का संवेग (मान दिया गया 1/2), जो मुख्य रूप से क्वार्क और लेप्टान नामक कणों के बीच परस्पर क्रिया से आता है जो कुछ उप-परमाणु भी बनाते हैं कण।

प्रोटॉन स्पिन के बारे में दिलचस्प बात यह है कि भौतिक विज्ञानी गलत के लिए सही मूल्य (1/2) पर पहुंचे कारण, लेकिन 21 वीं सदी में प्रयोगात्मक के साथ लंबे समय से सैद्धांतिक विचारों का सामंजस्य स्थापित करने में सक्षम हैं परिणाम।

एक प्रोटॉन का द्रव्यमान उससे कम होना चाहिए; अलग-अलग क्वार्कों के द्रव्यमान को जोड़ने पर 1.67 × 10 के मापा प्रोटॉन द्रव्यमान का लगभग 9 प्रतिशत ही परिणाम मिलता है।^–27 किलोग्राम। पदार्थ को जोड़े बिना द्रव्यमान जोड़ने से क्या होगा?

2018 में, भौतिकविदों के एक समूह ने क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स नामक एक उभरती हुई और गणितीय रूप से जटिल तकनीक का इस्तेमाल किया (क्यूसीडी), या अधिक विशेष रूप से जाली QCDगैर-मानक साधनों का उपयोग करके प्रोटॉन के द्रव्यमान का निर्धारण करने के लिए। प्रोटॉन स्पिन के साथ, ये परिणाम उत्साहजनक थे, यह अंतर्दृष्टि प्रदान करते हुए कि प्रोटॉन का द्रव्यमान "कहां से आता है।"

• उपपरमाण्विक कणों के लिए द्रव्यमान अक्सर दिया जाता है इलेक्ट्रॉन-वोल्ट, या ईवी।