Kako izračunati masu protona

Atomi su misteriozne stvari, a pojavljuju se na svakakve nepovezane načine u svakodnevnom jeziku. Čak i ako niste stručnjak za kemiju, vjerojatno znate da je atom izuzetno sićušan dio materije i da se sva materija sastoji od barem jedne vrste atoma.

"Atomski" kao pridjev u kemiji i fizici doslovno se odnosi na svojstvo entiteta koje se naziva atom. U slučajnom kontekstu, gotovo isključivo događajima u Drugom svjetskom ratu, to znači "eksploziv", što zavarava.

Semantika na stranu, atomi su zanimljivi, iako se, unatoč tome koliko su zapravo sitni, sastoje od još sitnijih stvari (korisno nazvanih subatomske čestice). Do kraja 20. stoljeća nije bilo pouzdano poznato jesu li ove tri primarne subatomske same čestice (protoni, neutroni i elektroni) mogu se razdvojiti u diskretne strukturne elementi. Upozorenje spojlera: Mogu.

The proton je iz mnogih razloga od velikog interesa za fizičare i fizičare. To je jedna od dvije subatomske strukture poznate kao nukleoni, a ona nosi pozitivan električni naboj, za razliku od suputnika slične veličine u atomskom središtu.

U međuvremenu, iako su sićušni i nemoguće udaljeni od jezgre u odnosu na veličinu atoma, elektroni doživljavaju interakciju sile i s protonima. Pripremite se za učenje o različivim značajkama ovih temeljnih cjelina.

Možda ste općenito već upoznati s atomima, ali nikad nije loša ideja imati pred sobom ono najvažnije kad počnete detaljnije istraživati ​​njegove dijelove.

Od 2020. bilo je poznato 118 elemenata, odnosno pojedinačnih „sorti“ atoma. Svaki atom ima jedan do 118 protona, što je ujedno i atomski broj na periodnom sustavu elemenata i broj koji određuje identitet elementa. Svi elementi osim vodika također uključuju neutronima, koji su po masi vrlo bliski protonima. Broj neutrona jednak je ili blizak broju protona, s tim varijacijama elemenata poznatim kao izotopi.

Masa protona i neutrona atoma čini gotovo svu masu atoma, jer treća vrsta subatomskih čestica ima samo oko 1/800. Mase bilo protona ili neutrona.

Ali čestice zv elektroni su vitalno važni za organizaciju periodnog sustava, jer je njihov broj i raspored negativno nabijenih čestice koje pojedinim elementima daju svojstva vezivanja, tj. način na koji se povezuju (ili ne uspijevaju) s drugima atoma.

Protoni i neutroni spakirani su zajedno u jezgru, a ukupni broj tih čestica kreće se od 1 do preko 200 za najteže elemente. Zanimljivo je da se jezgra ne povećava puno kad se doda više protona i neutrona, ali atom u cjelini.

To je zato što elektroni, po broju identični protonima, leže daleko izvan jezgre u "oblacima vjerojatnosti" što odgovara energiji, a njihova veličina raste s atomskim brojem, čak iako jezgra ostaje blizu iste veličina.

Protoni sjede u jezgri atoma i za konceptualne svrhe mogu se smatrati sfernim. Isto vrijedi i za neutrone, a ako biste trebali izraditi trodimenzionalni model jednostavnog atoma, za protone i neutrone mogli biste odabrati kuglice različite boje, ali iste veličine.

Masa protona je oko 1,67 × 10^–27 kilograma (kg). Neutron je vrlo malo veći, oko 1,69 × 10^–27 kg, a elektrona 9,11 × 10^–31 kg Također, masi protona je zbog praktičnosti dodijeljena 1 jedinica atomske mase (amu). Ova se jedinica koristi i za ostale subatomske čestice; masa elektrona u amu (atomske jedinice mase) je 0,00055.

Naboj protona naziva se "plus jedan" ili +1, u odnosu na druge fizičke čestice, otkad je bio nekad vjerovali da protoni (i elektroni) predstavljaju najmanje jedinice naboja što sve u prirodi može imati. Veličina ove vrijednosti (pozitivna za protone, negativna za elektrone, zbog čega se te čestice elektrostatičkom silom međusobno privlače) je 1,6 × 10–19 C.

Vrijedno je napomenuti, samo da bismo cijenili rad fizičara i kemičara, protoni su dugo bili za koje se ne smatra da pokazuju propadanje (što znači da u osnovi postoje "zauvijek" kad se jednom formiraju), vjeruje se da imaju poluvrijeme 10³² do 10³³ godine. Uzimajući u obzir da je starost svemira sama oko 1,4 × 10¹⁰ godina, vidjeti raspadanje protona radioaktivno bilo bi prilično dobro na lutriji!

Protoni, kakvi su sitni, također se sastoje od vlastitih građevnih blokova. I protoni i neutroni sastoje se od tri pojedinačne čestice koje predstavljaju vrste kvarkova (o njima uskoro više). I protoni i neutroni sastoje se od neke kombinacije tri kvarka "gore" i "dolje". Ali ako proton ima +1 naboj, a neutron je neutralan, kako to može biti?

Odgovor leži u činjenici da se ispostavlja da je +1 "jedinica" ili "temeljni" naboj djeljiv, uostalom, barem u posebnim okolnostima kvarkova. Ako se proton sastoji od 2 gornja kvarka i 1 donjeg kvarka, dok neutron ima 1 kvarka gore i 2 dolje kvarka, dodjeljivanje naboja od + (2/3) gornjem kvarku i - (2/3) donjem kvarku se rješava Pitanje.

• Poznato je šest kvarkova: gore, dolje, gore, dolje, šarm i čudno. (Znanstvenici ponekad imaju neobične konvencije imenovanja).
  

Razmatraju se protoni i neutroni barioni, najteža klasa čestica bačenih zajedno iz kvarkova. Zajedno s mezoni, pripadaju skupini čestica poznatih kao hadroni, koji su podložni snažnoj nuklearnoj sili ili "ljepilu" koje drži protone i neutrone na okupu.

Iako zbrajanje naboja kvarkova koji čine proton daje ukupni naboj protona od +1, nije tako jednostavno kada je riječ o kutni moment, svojstvo povezano s "vrtnjom".

Proton se zapravo ne okreće poput Zemlje oko svoje osi, ali "okretanje" je dobar način da se zamisli svojstvo unutarnjeg, ili ugrađenog, kutnog zamah protona (s obzirom na vrijednost 1/2), koji uglavnom dolazi od interakcija između kvarkova i čestica zvanih leptoni koji također čine određene subatomske čestice.

Zanimljivost vezano uz vrtnju protona jest da su fizičari došli do prave vrijednosti (1/2) za pogrešnu razloga, ali u 21. stoljeću uspjeli su uskladiti dugogodišnje teorijske ideje s eksperimentalnim rezultatima.

Masa protona trebala bi biti manja nego što jest; zbrajanjem masa pojedinih kvarkova dobiva se samo oko 9 posto mase izmjerene protonske mase 1,67 × 10^–27 kg Što se događa da se doda masa bez dodavanja materije?

2018. godine skupina fizičara koristila je novu i matematički složenu tehniku ​​nazvanu kvantna kromodinamika (QCD), ili konkretnije rešetkasti QCD, za određivanje mase protona pomoću nestandardnih sredstava. Kao i kod vrtnje protona, i ovi su rezultati bili ohrabrujući, nudeći uvid u to odakle protonska masa "dolazi".

• Masa za subatomske čestice često se daje u elektron-voltiili eV.