Ce este masa și încărcarea protonilor?

Se credea că odată atomii sunt cele mai mici blocuri de construcție ale universului, până când s-a descoperit că chiar și ei erau construiți din blocuri proprii. Acele blocuri de construcție sunt protoni, electroni și neutroni și, odată cu progresul științei, s-a descoperit că fiecare dintre acestea are propriile sale proprietăți unice.

Masa unui proton individual este de 1,672621636 (83) í - 10 (-27) kg. Masa colectivă a protonilor din nucleul unui atom este aproximativ aceeași cu masa tuturor neutronilor. Din toată greutatea unui atom, mai mult de 99% din masă este conținută în nucleu; prin urmare, aproape jumătate din masa atomului este alcătuită din protoni. Masa unui proton este de aproximativ 1.860 de ori mai mare decât masa unui electron.

Sarcina protonului este o sarcină pozitivă. Nucleul atomului este alcătuit din protoni încărcați pozitiv și neutroni încărcați negativ. Sarcina pozitivă care este purtată de proton se numește o sarcină elementară +1, exact opusul sarcinii negative care este purtată de un singur electron. Se numește sarcină elementară, deoarece teoretic este cea mai mică sarcină posibilă. (De atunci s-a dovedit că acest lucru este greșit, cu două excepții - quarkul și cvasiparticulul). Un lucru care nu s-a dovedit niciodată greșit este că încărcarea este o constantă. Indiferent de circumstanțe, cum ar fi temperatura, presiunea și chiar timpul, sarcina elementară a unui proton nu se va schimba.

Încărcarea electrică într-un atom a fost măsurată printr-o serie de metode diferite, inclusiv constantele Josephson și vonKlitsing. Aceste metode măsoară efectele produse de aplicarea dozelor de tensiune și, în cazul acestora din urmă, a câmpurilor magnetice. Metoda Faraday este o modalitate de măsurare a încărcării protonului folosind curent electric și măsurarea cantității de încărcare care este trecută printr-un fir. Primul experiment de acest gen a implicat analiza depozitelor de argint rămase în urma unei reacții electrochimice atent controlate. Deși măsurarea constantei Faraday a fost înlocuită cu utilizarea coulombului (la nivel internațional denumire acceptată pentru o încărcare electrică), constanta Faraday este încă în largă utilizare în domeniul electrochimie.

Deoarece încărcarea protonului este una pozitivă, numărul protonilor vs. electronii dintr-un atom sunt importanți în determinarea sarcinii atomului. Există un atom care are un singur proton și nu are neutroni: hidrogenul. Deoarece un neutron nu are sarcină electrică reală, singura încărcare a hidrogenului este furnizată de protonul unic. Din cauza acestei asocieri, termenul proton este uneori folosit sinonim cu termenul ion hidrogen.

O schimbare a sarcinii unui atom poate face atomul instabil. Hidrogenul este deosebit de vulnerabil la această schimbare, numită ionizare. Odată ce un atom a fost ionizat, acesta poate fi accelerat prin câmpuri electronice sau magnetice. Acesta este un proces care poate fi utilizat în centralele nucleare, în producerea radiației particulelor. În timpul acestui proces, un proton încărcat pozitiv este lăsat în urmă și poate deveni un pericol pentru țesutul viu. Procesul are loc, de asemenea, în mod natural, dar în atmosferă, unde nu prezintă pericol pentru țesuturile animale, umane și vegetale.