Kenmerken van een proton

De moderne wetenschap ontdekte geleidelijk het opmerkelijke feit dat alle materie -- ondanks talloze variaties in fysische en chemische eigenschappen -- is gemaakt van een relatief beperkte groep basiseenheden die bekend staat als: atomen. Deze atomen zijn op hun beurt gewoon verschillende rangschikkingen van drie fundamentele deeltjes: elektronen, neutronen en protonen. In zekere zin is het proton het bepalende subatomaire deeltje omdat een atoom wordt geclassificeerd als een specifiek element op basis van het aantal protonen.

Protonen bevinden zich in de kern van een atoom, een compacte kern in het midden van het atoom. De meeste kernen bevatten ook neutronen. Misschien wel het meest essentiële kenmerk van een proton is zijn positieve elektrische lading. Deze lading is even groot als de negatieve elektrische lading van het elektron, wat betekent dat de lading van één proton de lading van één elektron in evenwicht houdt. Neutronen hebben geen elektrische lading, dus een atoom heeft een algemene neutrale lading zolang het aantal elektronen gelijk is aan het aantal protonen.

Protonen hebben een minuscule maar niet-nul massa. In feite vormen protonen en neutronen het grootste deel van de massa in het universum - alle materie is samengesteld uit atomen, en de massa van atomen is voornamelijk toe te schrijven aan protonen en neutronen. De massa van één proton is 1,67 x 10^-27 kilogram; dit lijkt erg op de massa van een neutron, maar veel groter dan de massa van een elektron, namelijk 9,11 x 10^-31 kilogram. Een proton, hoewel bijna ondenkbaar klein, heeft ook een meetbare fysieke grootte. Modern onderzoek geeft aan dat de diameter van een proton ongeveer 1,6 x 10^-13 centimeter is.

De wet van Coulomb stelt dat elektrische ladingen met tegengestelde polariteit een aantrekkende kracht ervaren, en elektrische ladingen met dezelfde polariteit een afstotende kracht. Het stelt ook dat deze kracht omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand die twee puntladingen scheidt. Dus de grootte van de elektrische kracht tussen twee puntladingen neemt toe naar oneindig als de puntladingen heel dicht bij elkaar komen. Dit betekent dat de protonen die in een atoomkern zijn verpakt, een enorme afstotende kracht ervaren. De kern blijft echter intact vanwege iets dat de sterke kracht wordt genoemd. Een van de vier fundamentele krachten, de sterke kracht werkt op protonen en neutronen en is in staat om ze bij elkaar te houden omdat ze sterker is dan de elektrische kracht tussen protonen.

In de context van de natuurkunde worden protonen typisch specifiek besproken als subatomaire deeltjes. Chemici gebruiken de termen "proton" en "waterstofion" echter enigszins door elkaar. Waterstofatomen hebben één proton en één elektron, en de meeste hebben nul neutronen. Bijgevolg, wanneer een waterstofatoom zijn elektron verliest en een ion wordt, blijft er alleen maar een enkel proton over. Dit feit is een belangrijk aspect van de chemie omdat de concentratie van waterstofionen in een oplossing de zuurgraad van de oplossing bepaalt. Met andere woorden, wat een stof zuur maakt, is zijn vermogen om tijdens chemische reacties protonen aan andere stoffen te doneren.