Un tempo si pensava che gli atomi fossero i più piccoli elementi costitutivi dell'universo, fino a quando non si è scoperto che anche loro erano costruiti con elementi costitutivi propri. Quegli elementi costitutivi sono protoni, elettroni e neutroni e con il progresso della scienza è stato scoperto che ognuno di questi ha anche le sue proprietà uniche.
Massa
La massa di un singolo protone è 1,672621636(83)í--10 (-27) kg. La massa collettiva dei protoni nel nucleo di un atomo è all'incirca uguale alla massa di tutti i neutroni. Di tutto il peso di un atomo, più del 99 per cento della massa è contenuto nel nucleo; quindi, quasi la metà della massa dell'atomo è costituita da protoni. La massa di un protone è circa 1.860 volte maggiore della massa di un elettrone.
Caricare
La carica del protone è una carica positiva. Il nucleo dell'atomo è costituito da protoni con carica positiva e neutroni con carica negativa. La carica positiva trasportata dal protone è detta carica elementare +1, l'esatto opposto della carica negativa trasportata da un singolo elettrone. Si chiama carica elementare perché è teoricamente la più piccola carica possibile. (Questo è stato poi smentito con due eccezioni: il quark e la quasiparticella). Una cosa che non è mai stata smentita, tuttavia, è che la carica è una costante. Indipendentemente dalle circostanze, incluse cose come la temperatura, la pressione e persino il tempo, la carica elementare di un protone non cambierà.
Carica di misurazione
La carica elettrica in un atomo è stata misurata con diversi metodi, comprese le costanti Josephson e vonKlitsing. Questi metodi misurano gli effetti prodotti dalle applicazioni di dosi di tensione e, nel caso di quest'ultime, di campi magnetici. Il metodo Faraday è un modo per misurare la carica del protone utilizzando la corrente elettrica e misurare la quantità di carica che passa attraverso un filo. Il primo esperimento di questo tipo prevedeva l'analisi dei depositi di argento lasciati dopo una reazione elettrochimica accuratamente controllata. Sebbene la misura della costante di Faraday sia stata sostituita dall'uso del coulomb (il metodo internazionale designazione accettata per una carica elettrica), la costante di Faraday è ancora ampiamente utilizzata nel campo della elettrochimica.
Significato
Poiché la carica del protone è positiva, il numero di protoni vs. gli elettroni in un atomo è importante per determinare la carica dell'atomo. C'è un atomo che ha un solo protone e nessun neutrone: l'idrogeno. Poiché un neutrone non ha una carica elettrica effettiva, l'unica carica di idrogeno è fornita dal singolo protone. A causa di questa associazione, il termine protone è talvolta usato come sinonimo del termine ione idrogeno.
Considerazioni
Un cambiamento nella carica di un atomo può rendere l'atomo instabile. L'idrogeno è particolarmente vulnerabile a questo cambiamento, chiamato ionizzazione. Una volta che un atomo è stato ionizzato, può essere accelerato da campi elettronici o magnetici. Questo è un processo che può essere utilizzato nelle centrali nucleari, nella produzione di radiazioni di particelle. Durante questo processo, un protone caricato positivamente viene lasciato indietro e può diventare un pericolo per i tessuti viventi. Il processo si verifica anche in natura, ma in alto nell'atmosfera dove non presenta pericolo per i tessuti animali, umani e vegetali.