Caratteristiche di un protone

La scienza moderna ha scoperto gradualmente il fatto straordinario che tutta la materia, nonostante innumerevoli variazioni nelle proprietà fisiche e chimiche - è costituito da un gruppo relativamente limitato di unità di base note come atomi. Questi atomi, a loro volta, sono semplicemente disposizioni diverse di tre particelle fondamentali: elettroni, neutroni e protoni. In un certo senso, il protone è la particella subatomica che definisce perché un atomo è classificato come elemento specifico in base al suo numero di protoni.

I protoni si trovano nel nucleo di un atomo, che è un nucleo compatto al centro dell'atomo. La maggior parte dei nuclei contiene anche neutroni. Forse la caratteristica più essenziale di un protone è la sua carica elettrica positiva. Questa carica è uguale in grandezza alla carica elettrica negativa dell'elettrone, il che significa che la carica di un protone bilancia la carica di un elettrone. I neutroni non hanno carica elettrica, quindi un atomo ha una carica neutra complessiva finché il suo numero di elettroni è uguale al suo numero di protoni.

I protoni hanno una massa minuscola ma diversa da zero. In effetti, protoni e neutroni formano la maggior parte della massa nell'universo: tutta la materia è composta da atomi e la massa degli atomi è attribuibile principalmente a protoni e neutroni. La massa di un protone è 1,67 x 10^-27 chilogrammi; questo è molto simile alla massa di un neutrone ma molto maggiore della massa di un elettrone, che è 9,11 x 10^-31 chilogrammi. Un protone, sebbene quasi inconcepibilmente piccolo, ha anche dimensioni fisiche misurabili. La ricerca moderna indica che il diametro di un protone è di circa 1,6 x 10^-13 centimetri.

La legge di Coulomb afferma che le cariche elettriche con polarità opposta sperimentano una forza attrattiva e le cariche elettriche con la stessa polarità sperimentano una forza repulsiva. Afferma inoltre che questa forza è inversamente proporzionale al quadrato della distanza che separa due cariche puntiformi. Pertanto, l'intensità della forza elettrica tra due cariche puntiformi aumenta verso l'infinito man mano che le cariche puntiformi si avvicinano molto l'una all'altra. Ciò significa che i protoni impacchettati nel nucleo di un atomo sperimentano un'enorme forza repulsiva. Il nucleo rimane intatto, però, a causa di qualcosa chiamato forza forte. Una delle quattro forze fondamentali, la forza forte agisce su protoni e neutroni ed è in grado di tenerli insieme perché è più forte della forza elettrica tra i protoni.

Nel contesto della fisica, i protoni sono tipicamente discussi specificamente come particelle subatomiche. I chimici, tuttavia, usano i termini "protone" e "ione idrogeno" in modo un po' intercambiabile. Gli atomi di idrogeno hanno un protone e un elettrone e la maggior parte ha zero neutroni. Di conseguenza, quando un atomo di idrogeno perde il suo elettrone e diventa uno ione, tutto ciò che rimane è un singolo protone. Questo fatto è un aspetto importante della chimica perché la concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione determina il grado di acidità della soluzione. In altre parole, ciò che rende una sostanza acida è la sua capacità di donare protoni ad altre sostanze durante le reazioni chimiche.