Mi a protonok tömege és töltete?

Az atomokat valamikor a világegyetem legkisebb építőelemének gondolták, míg kiderült, hogy még ők is saját építőelemekből épültek. Ezek az építőelemek protonok, elektronok és neutronok, és a tudomány fejlődésével felfedezték, hogy ezek mindegyikének megvannak a maga egyedi tulajdonságai is.

Egy-egy proton tömege 1,672621636 (83) í - 10 (-27) kg. Az atom magjában lévő protonok kollektív tömege nagyjából megegyezik az összes neutron tömegével. Az atom tömegének több mint 99 százaléka a magban található; ezért az atom tömegének csaknem a felét protonok alkotják. A proton tömege megközelítőleg 1860-szor nagyobb, mint az elektron tömege.

A proton töltése pozitív töltés. Az atom magját pozitív töltésű protonok és negatív töltésű neutronok alkotják. A proton által hordozott pozitív töltést +1 elemi töltésnek nevezzük, pontosan az ellentéte a negatív töltésnek, amelyet egyetlen elektron hordoz. Elemi töltésnek hívják, mert elméletileg ez a lehető legkisebb töltés. (Ez azóta két kivétellel - a kvark és a kvázirészecske kivételével - bebizonyosodott. Egy dolog azonban soha nem bizonyult hibásnak, hogy a töltés állandó. Függetlenül a körülményektől, például a hőmérséklettől, a nyomástól és az időtől, a proton elemi töltése nem változik.

Az atom elektromos töltését számos különböző módszerrel mértük, beleértve a Josephson és vonKlitsing állandókat. Ezek a módszerek a feszültségdózisok alkalmazásával, utóbbiak esetében a mágneses mezők hatásait mérik. A Faraday-módszer a proton töltésének mérésére elektromos áram felhasználásával és a vezetéken átáramló töltet mennyiségének mérésével. Az első ilyen jellegű kísérlet a gondosan ellenőrzött elektrokémiai reakció után visszamaradt ezüstlerakódások elemzésével járt. Bár a Faraday-állandó mérését felváltotta a coulomb (nemzetközileg) használata az elektromos töltés elfogadott megnevezése), a Faraday-állandó még mindig széles körben elterjedt a elektrokémia.

Mivel a proton töltése pozitív, a protonok száma vs. az atom elektronjai fontosak az atom töltésének meghatározásában. Van egy atom, amelynek csak egyetlen protonja van és nincs neutronja: hidrogén. Mivel a neutronnak nincs tényleges elektromos töltése, a hidrogén egyetlen töltését egyetlen proton biztosítja. Ezen összefüggés miatt a proton kifejezést néha a hidrogénion kifejezés szinonimájában használják.

Az atom töltésének változása instabillá teheti az atomot. A hidrogén különösen érzékeny ennek a változásnak, az úgynevezett ionizációnak. Miután egy atomot ionizáltunk, elektronikus vagy mágneses mezőkkel felgyorsíthatjuk. Ez egy olyan folyamat, amely felhasználható atomerőművekben, részecskesugárzás előállításában. E folyamat során egy pozitív töltésű proton marad hátra, és veszélyt jelenthet az élő szövetekre. A folyamat természetes úton is megtörténik, de magas a légkörben, ahol nem jelent veszélyt az állati, emberi és növényi szövetekre.