מהי המסה והמטען של פרוטונים?

פעם נחשבו אטומים כאבני הבניין הקטנות ביותר ביקום, עד שהתגלה שאפילו הם בנויים מאבני בניין משלהם. אבני הבניין הללו הן פרוטונים, אלקטרונים ונויטרונים, ועם התקדמות המדע התגלה כי לכל אחד מהם יש גם תכונות ייחודיות משלו.

המסה של פרוטון בודד היא 1.672621636 (83) í - 10 (-27) ק"ג. המסה הקולקטיבית של הפרוטונים בגרעין האטום זהה בערך למסה של כל הנייטרונים. מכל משקלו של אטום, יותר מ- 99 אחוזים מהמסה כלולים בגרעין; לכן כמעט מחצית ממסת האטום מורכבת מפרוטונים. המסה של פרוטון גדולה פי 1,860 ממסת האלקטרון.

המטען של הפרוטון הוא מטען חיובי. גרעין האטום מורכב מפרוטונים טעונים חיובי ונויטרונים טעונים שלילית. המטען החיובי המובל על ידי הפרוטון נקרא מטען יסודי +1, ההפך הגמור מהמטען השלילי המובל על ידי אלקטרון יחיד. זה נקרא מטען אלמנטרי מכיוון שהוא תיאורטית המטען הקטן ביותר האפשרי. (זה הוכח מאז כשגוי בשני יוצאים מן הכלל - הקווארק וחלק החלק). דבר אחד שמעולם לא הוכח כשגוי הוא שהמטען הוא קבוע. ללא קשר לנסיבות הכוללות דברים כמו טמפרטורה, לחץ ואפילו זמן, המטען האלמנטרי של פרוטון לא ישתנה.

מטען חשמלי באטום נמדד על ידי מספר שיטות שונות, כולל קבועי ג'וזפסון ופון קליצינג. שיטות אלה מודדות את ההשפעות המיוצרות על ידי יישומים של מינוני מתח, ובמקרה האחרון, שדות מגנטיים. שיטת פאראדיי היא דרך למדוד את מטען הפרוטון באמצעות זרם חשמלי ומדידת כמות המטען שעובר דרך חוט. הניסוי הראשון מסוג זה כלל ניתוח משקעי כסף שנותרו אחרי תגובה אלקטרוכימית מבוקרת בקפידה. למרות שמדידת קבוע פאראדיי הוחלפה בשימוש בקולומב (בינלאומית ייעוד מקובל למטען חשמלי), קבוע פאראדיי עדיין נמצא בשימוש נרחב בתחום אלקטרוכימיה.

מכיוון שהמטען של הפרוטון חיובי, מספר הפרוטונים לעומת אלקטרונים באטום חשובים בקביעת מטען האטום. יש אטום אחד שיש בו רק פרוטון יחיד וללא נויטרונים: מימן. מכיוון שלנויטרון אין מטען חשמלי ממשי, המטען היחיד של מימן מסופק על ידי הפרוטון היחיד. בגלל קשר זה, לפעמים משתמשים במונח פרוטון שם נרדף למונח יון מימן.

שינוי במטען האטום יכול להפוך את האטום לא יציב. מימן פגיע במיוחד לשינוי זה, הנקרא יינון. לאחר מיון אטום, ניתן להאיץ אותו באמצעות שדות אלקטרוניים או מגנטיים. זהו תהליך שניתן להשתמש בו בתחנות כוח גרעיניות, בייצור קרינת חלקיקים. במהלך תהליך זה, פרוטון טעון חיובי נותר מאחור, ויכול להפוך לסכנה לרקמה חיה. התהליך מתרחש גם באופן טבעי, אך גבוה באטמוספירה בה הוא אינו מהווה סכנה לרקמות של בעלי חיים, בני אדם וצמחים.