Kännetecken för en proton

Modern vetenskap upptäckte gradvis det anmärkningsvärda faktum att all materia - trots otaliga variationer i fysikaliska och kemiska egenskaper - är tillverkad av en relativt begränsad grupp basenheter som kallas atomer. Dessa atomer är i sin tur helt enkelt olika arrangemang av tre grundläggande partiklar: elektroner, neutroner och protoner. I en viss mening är protonen den definierande subatomära partikeln eftersom en atom klassificeras som ett specifikt element baserat på dess antal protoner.

Protoner finns i en atoms kärna, som är en kompakt kärna i mitten av atomen. De flesta kärnor innehåller också neutroner. Det kanske viktigaste kännetecknet för en proton är dess positiva elektriska laddning. Denna laddning är lika stor som elektronens negativa elektriska laddning, vilket innebär att laddningen för en proton balanserar laddningen för en elektron. Neutroner har ingen elektrisk laddning, så en atom har en total neutral laddning så länge som antalet elektroner är lika med antalet protoner.

Protoner har en liten men icke-noll massa. Faktum är att protoner och neutroner utgör den största delen av massan i universum - all materia består av atomer, och atommassan tillskrivs främst protoner och neutroner. Massan av en proton är 1,67 x 10 ^ -27 kg; detta liknar mycket en neutronmassa men mycket större än en elektronmassa, som är 9,11 x 10 ^ -31 kg. En proton, även om den är nästan otänkbart liten, har också mätbar fysisk storlek. Modern forskning tyder på att en protons diameter är cirka 1,6 x 10 ^ -13 centimeter.

Coulombs lag säger att elektriska laddningar med motsatt polaritet upplever en attraktiv kraft, och elektriska laddningar med samma polaritet upplever en motbjudande kraft. Den säger också att denna kraft är omvänt proportionell mot kvadratet på avståndet som skiljer två punktladdningar. Således ökar storleken på den elektriska kraften mellan två punktsladdningar mot oändligheten, eftersom punktspänningarna kommer mycket nära varandra. Detta innebär att protonerna packade i en atoms kärna upplever en enorm motbjudande kraft. Kärnan förblir dock intakt på grund av något som kallas den starka kraften. En av de fyra grundläggande krafterna, den starka kraften verkar på protoner och neutroner och kan hålla ihop dem eftersom den är starkare än den elektriska kraften mellan protoner.

I fysikens sammanhang diskuteras protoner typiskt specifikt som subatomära partiklar. Kemister använder emellertid termerna "proton" och "vätejon" något omväxlande. Väteatomer har en proton och en elektron, och de flesta har nollneutroner. Följaktligen, när en väteatom förlorar sin elektron och blir en jon, återstår bara en enda proton. Detta faktum är en viktig aspekt av kemin eftersom koncentrationen av vätejoner i en lösning bestämmer lösningens surhetsgrad. Med andra ord, det som gör ett ämne surt är dess förmåga att donera protoner till andra ämnen under kemiska reaktioner.