Kaip apskaičiuoti protono masę

Atomai yra paslaptingi dalykai, kasdieninėje kalboje pasirodantys įvairiausiais nesusijusiais būdais. Net jei nesate chemijos ekspertas, tikriausiai žinote, kad atomas yra labai maža materijos dalis ir kad visa materija susideda iš bent vienos rūšies atomo.

„Atomas“ kaip būdvardis chemijoje ir fizikoje yra pažodinis, nurodantis esybės savybę, vadinamą atomu. Neįprastose situacijose beveik vien dėl Antrojo pasaulinio karo įvykių tai reiškia „sprogstamąjį“, kuris yra klaidinantis.

Nepaisant semantikos, atomai yra įdomūs, nes, nepaisant to, kad jie iš tikrųjų yra maži, jie susideda iš dar plonesnių dalykų (naudingai vadinamų subatominėmis dalelėmis). Iki XX a. Pabaigos nebuvo žinoma, ar šios trys pagrindinės subatominės pačios dalelės (protonai, neutronai ir elektronai) galėtų būti atskiriamos į atskiras struktūrines elementai. Įspėjimas apie spoilerius: jie gali.

The protonas dėl daugelio priežasčių labai domina fizikus ir fizinius chemikus. Tai yra viena iš dviejų subatominių struktūrų, vadinamų nukleonais, ir ji turi teigiamą elektrinį krūvį, priešingai nei jo panašaus dydžio palydovas atomo centre.

Tuo tarpu elektronai, nors ir maži bei atomo dydžio atžvilgiu neįmanomai nutolę nuo branduolio, patiria jėgų sąveiką ir su protonais. Pasiruoškite sužinoti apie įvairius šių pagrindinių elementų bruožus.

Galbūt jūs jau esate susipažinęs su atomais apskritai, tačiau niekada nėra bloga mintis turėti svarbiausius dalykus galvoje, kai pradėsite išsamiau tyrinėti jo dalis.

2020 m. Buvo žinomi 118 elementų arba atskiros atomų „veislės“. Kiekvienas atomas turi nuo 1 iki 118 protonų, kuris taip pat yra atomų skaičius periodinėje elementų lentelėje ir skaičius, lemiantis elemento tapatumą. Visi elementai, išskyrus vandenilį, taip pat apima neutronai, kurių masė labai artima protonams. Neutronų skaičius yra toks pat arba artimas protonų skaičiui, kai šios elementų variacijos žinomos kaip izotopai.

Atomo protonų ir neutronų masė sudaro beveik visą atomo masę, nes trečiosios rūšies subatominės dalelės turi tik maždaug 1/1800 protono arba neutrono masės.

Bet dalelės pašaukė elektronai yra gyvybiškai svarbūs periodinės lentelės organizavimui, nes tai yra šių neigiamai įkrautų skaičius ir išdėstymas dalelės, kurios suteikia atskiriems elementams jų jungimosi savybes, ty būdą, kuriuo jie jungiasi (arba nesugeba prisijungti) prie kitų atomai.

Protonai ir neutronai yra supakuoti į branduolį, o bendras šių dalelių skaičius svyruoja nuo 1 iki daugiau kaip 200 sunkiausių elementų. Įdomu tai, kad pridedant daugiau protonų ir neutronų, branduolio dydis nedaug išauga, tačiau atomas kaip visuma padidėja.

Taip yra todėl, kad elektronai, kurių skaičius identiškas protonams, yra toli už branduolio „tikimybės debesyse“ atitinkantis energiją, o jų dydis auga su atomo skaičiumi, net kai branduolys išlieka arti to paties dydžio.

Protonai sėdi atomų branduoliuose ir gali būti laikomi sferiniais konceptualiais tikslais. Tas pats pasakytina ir apie neutronus, ir jei jūs padarytumėte paprasto atomo trimatį modelį, protonams ir neutronams galėtumėte pasirinkti skirtingų spalvų, bet vienodo dydžio kamuoliukus.

Protono masė yra apie 1,67 × 10^–27 kilogramų (kg). Neutrono dydis yra šiek tiek didesnis, maždaug 1,69 × 10^–27 kg, o elektrono svoris yra 9,11 × 10^–31 kilogramas. Taip pat protono masei patogumui priskiriamas 1 atominės masės vienetas (amu). Šis įrenginys naudojamas ir kitoms subatominėms dalelėms; elektronų masė amu (atominės masės vienetai) yra 0,00055.

Protono krūvis vadinamas „plius vienas“ arba +1 kitų fizinių dalelių atžvilgiu, nes jis buvo kažkada tikėjo, kad protonai (ir elektronai) reprezentuoja mažiausius įkrovos vienetus, ką tik gali gamta turėti. Šios vertės dydis (teigiamas protonams, neigiamas elektronams, todėl šias daleles elektrostatinė jėga traukia viena su kita) yra 1,6 × 10–19 C.

Verta paminėti, tik norint įvertinti fizikų ir chemikų darbą, kad protonai ilgą laiką buvo nelaikomi skilimu (tai reiškia, kad jie susiformavę iš esmės egzistuoja „amžinai“), manoma, kad jų pusinės eliminacijos laikas yra apie 10³² iki 10³³ metų. Atsižvelgiant į tai, kad pačios visatos amžius yra maždaug 1,4 × 10¹⁰ metų, matant protonų skilimą radioaktyviai, būtų gana loterijos lygio žygdarbis!

Protonai, kiek jie yra, taip pat yra sudaryti iš jų pačių statybinių blokų. Tiek protonai, tiek neutronai iš tikrųjų susideda iš trijų atskirų dalelių, kurios reprezentuoja kvarkų tipus (apie juos netrukus). Tiek protonai, tiek neutronai susideda iš tam tikrų trijų „aukštyn“ ir „žemyn“ kvarkų derinio. Bet jei protonas turi +1 krūvį, o neutronas yra neutralus, kaip tai gali būti?

Atsakymas slypi tame, kad +1 „vienetas“ arba „pagrindinis“ krūvis pasirodo dalijamas, bent jau esant ypatingai kvarkų aplinkybei. Jei protoną sudaro 2 aukštyn ir 1 žemyn, tuo tarpu neutronas turi 1 aukštesnį ir 2 žemyn kvarkus, viršutiniam kvarkui priskiriant + (2/3) ir žemyn - - (2/3). klausimas.

• Iš viso yra šeši kvarkai: aukštyn, žemyn, viršuje, apačioje, žavesys ir keista. (Mokslininkai kartais turi keistų vardų suteikimo būdų).
  

Svarstomi protonai ir neutronai barionai, sunkiausia dalelių klasė, įmesta iš kvarkų. Kartu su mezonai, jie priklauso dalelių grupei, žinomai kaip hadronai, kuriems taikoma stipri branduolinė jėga arba „klijai“, laikantys protonus ir neutronus.

Sumuojant protoną sudarančių kvarkų krūvius, bendras protono krūvis yra +1, tačiau tai nėra taip paprasta. kampinis pagreitis, savybė, susijusi su „sukimu“.

Protonas iš tikrųjų nesisuka taip, kaip Žemė sukasi aplink savo ašį, tačiau „sukimasis“ yra geras būdas įsivaizduoti vidinės arba įmontuotos kampinės savybes protono impulsas (atsižvelgiant į vertę 1/2), kuris daugiausia atsiranda dėl kvarkų ir dalelių, vadinamų leptonais, sąveikos, kurios taip pat sudaro tam tikrus subatominius dalelės.

Įdomu apie protonų sukimą yra tai, kad fizikai pasiekė reikiamą vertę (1/2) už blogą priežasčių, tačiau XXI amžiuje sugebėjo suderinti senas teorines idėjas su eksperimentinėmis rezultatus.

Protono masė turėtų būti mažesnė nei yra; Sumuojant atskirų kvarkų mases gaunamas tik apie 9 procentų išmatuotos protonų masės 1,67 × 10 rezultatas.^–27 kilogramas. Kas dedama norint pridėti masės, nepridėjus medžiagos?

2018 m. Grupė fizikų naudojo naują ir matematiškai sudėtingą metodą, vadinamą kvantine chromodinamika (QCD) arba tiksliau grotelės QCD, nustatyti nestandartinėmis priemonėmis protono masę. Kaip ir protonų sukimo atveju, šie rezultatai buvo vilčių teikiantys įžvalgas, kur „kyla“ protonų masė.

• Subatominių dalelių masė dažnai pateikiama elektronvoltaiarba eV.