מאפייני פרוטון

המדע המודרני גילה בהדרגה את העובדה המדהימה שכל החומר - למרות אינספור וריאציות בתכונות פיזיקליות וכימיות - עשוי מקבוצה מוגבלת יחסית של יחידות בסיסיות המכונות אטומים. אטומים אלה, בתורם, הם פשוט סידורים שונים של שלושה חלקיקי יסוד: אלקטרונים, נויטרונים ופרוטונים. במובן מסוים, הפרוטון הוא החלקיק התת אטומי המגדיר מכיוון שאטום מסווג כאלמנט ספציפי על בסיס מספר הפרוטונים שלו.

פרוטונים ממוקמים בגרעין האטום, שהוא ליבה קומפקטית במרכז האטום. רוב הגרעינים מכילים גם נויטרונים. אולי המאפיין החיוני ביותר של פרוטון הוא המטען החשמלי החיובי שלו. מטען זה שווה בעוצמתו למטען החשמלי השלילי של האלקטרון, כלומר המטען של פרוטון אחד מאזן את המטען של אלקטרון אחד. לנייטרונים אין מטען חשמלי, כך שלאטום יש מטען נייטרלי כולל כל עוד מספר האלקטרונים שלו שווה למספר הפרוטונים שלו.

לפרוטונים יש מסת זעירה אך לא אפסית. למעשה, פרוטונים ונייטרונים יוצרים את מרבית המסה ביקום - כל החומר מורכב מאטומים, ומסת האטומים מיוחסת בעיקר לפרוטונים ונויטרונים. המסה של פרוטון אחד היא 1.67 x 10 ^ -27 קילוגרמים; זה דומה מאוד למסת הנויטרונים אך גדול בהרבה ממסת האלקטרון, שהוא 9.11 x 10 ^ -31 קילוגרמים. לפרוטון, אם כי קטן באופן בלתי נתפס, יש גם גודל פיזי מדיד. מחקרים מודרניים מצביעים על כך שקוטרו של פרוטון הוא כ- 1.6 x 10 ^ -13 סנטימטרים.

חוק קולומב קובע כי מטענים חשמליים עם קוטביות הפוכה חווים כוח אטרקטיבי, ומטענים חשמליים עם אותה קוטביות חווים כוח דוחה. זה קובע גם כי כוח זה הוא ביחס הפוך לריבוע המרחק המפריד בין שתי מטענים נקודתיים. לפיכך, גודל הכוח החשמלי בין שתי מטענים נקודתיים עולה לכיוון האינסוף כאשר מטעני הנקודה מתקרבים מאוד זה לזה. המשמעות היא שהפרוטונים שנארזים בגרעין האטום חווים כוח דוחה עצום. הגרעין נשאר ללא פגע, בגלל משהו שנקרא הכוח החזק. אחד מארבעת הכוחות הבסיסיים, הכוח החזק פועל על פרוטונים ונויטרונים ומסוגל להחזיק אותם יחד מכיוון שהוא חזק יותר מהכוח החשמלי שבין פרוטונים.

בהקשר של הפיזיקה, בדרך כלל דנים בפרוטונים באופן ספציפי כחלקיקים תת-אטומיים. כימאים, לעומת זאת, משתמשים במונחים "פרוטון" ו"יון מימן "בערבוביה. לאטומי מימן פרוטון אחד ואלקטרון אחד, ולרובם אפס נויטרונים. כתוצאה מכך, כאשר אטום מימן מאבד את האלקטרון שלו והופך ליון, כל שנותר הוא פרוטון יחיד. עובדה זו היא היבט חשוב בכימיה מכיוון שריכוז יוני המימן בתמיסה קובע את דרגת החומציות של התמיסה. במילים אחרות, מה שהופך חומר לחומצי הוא יכולתו לתרום פרוטונים לחומרים אחרים במהלך תגובות כימיות.