มวลและประจุของโปรตอนคืออะไร?

ครั้งหนึ่งเคยคิดว่าอะตอมเป็นหน่วยการสร้างที่เล็กที่สุดในจักรวาล จนกระทั่งค้นพบว่าแม้พวกมันถูกสร้างขึ้นจากหน่วยการสร้างของตัวเอง โครงสร้างเหล่านี้คือโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตรอน และด้วยความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ ก็พบว่าสิ่งเหล่านี้มีคุณสมบัติเฉพาะของตัวเองเช่นกัน

มวลของโปรตอนแต่ละตัวคือ 1.672621636(83)í--10 (-27) กก. มวลรวมของโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมนั้นใกล้เคียงกับมวลของนิวตรอนทั้งหมด จากน้ำหนักทั้งหมดของอะตอม มีมวลมากกว่า 99 เปอร์เซ็นต์อยู่ในนิวเคลียส ดังนั้นเกือบครึ่งหนึ่งของมวลอะตอมประกอบด้วยโปรตอน มวลของโปรตอนมากกว่ามวลอิเล็กตรอนประมาณ 1,860 เท่า

ประจุของโปรตอนเป็นประจุบวก นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกและนิวตรอนที่มีประจุลบ ประจุบวกที่บรรทุกโดยโปรตอนเรียกว่าประจุพื้นฐาน +1 ซึ่งตรงกันข้ามกับประจุลบที่อิเล็กตรอนตัวเดียวพาไป เรียกว่าประจุพื้นฐานเพราะเป็นประจุที่น้อยที่สุดในทางทฤษฎี (ตั้งแต่นั้นมาสิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าผิดโดยมีข้อยกเว้นสองประการ - ควาร์กและควอซิอนุภาค) สิ่งหนึ่งที่ไม่เคยได้รับการพิสูจน์ว่าผิดคือประจุนั้นเป็นค่าคงที่ โดยไม่คำนึงถึงสถานการณ์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และเวลา ประจุพื้นฐานของโปรตอนจะไม่เปลี่ยนแปลง

ประจุไฟฟ้าในอะตอมวัดได้ด้วยวิธีต่างๆ มากมาย รวมถึงค่าคงที่โจเซฟสันและฟอนคลิทซิง วิธีการเหล่านี้วัดผลกระทบที่เกิดจากการใช้งานของปริมาณแรงดันไฟฟ้าและในกรณีของสนามแม่เหล็ก วิธีฟาราเดย์เป็นวิธีการวัดประจุของโปรตอนโดยใช้กระแสไฟฟ้าและวัดปริมาณประจุที่ไหลผ่านเส้นลวด การทดลองครั้งแรกในลักษณะนี้เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์แร่เงินที่ถูกทิ้งไว้เบื้องหลังหลังจากควบคุมปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีอย่างระมัดระวัง แม้ว่าการวัดค่าคงที่ฟาราเดย์จะถูกแทนที่ด้วยการใช้คูลอมบ์ ยอมรับการกำหนดประจุไฟฟ้า) ค่าคงที่ฟาราเดย์ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในด้าน เคมีไฟฟ้า

เนื่องจากประจุของโปรตอนเป็นค่าบวก จำนวนโปรตอนกับ อิเล็กตรอนในอะตอมมีความสำคัญในการกำหนดประจุของอะตอม มีอะตอมหนึ่งอะตอมที่มีโปรตอนเพียงตัวเดียวและไม่มีนิวตรอน นั่นคือ ไฮโดรเจน เนื่องจากนิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้าจริง ประจุเดียวของไฮโดรเจนจึงถูกจัดหาโดยโปรตอนตัวเดียว เนื่องด้วยความสัมพันธ์นี้ บางครั้งคำว่าโปรตอนจึงถูกใช้ตรงกันกับคำว่าไฮโดรเจนไอออน

การเปลี่ยนแปลงประจุของอะตอมอาจทำให้อะตอมไม่เสถียร ไฮโดรเจนมีความเสี่ยงต่อการเปลี่ยนแปลงนี้เป็นพิเศษ ซึ่งเรียกว่าไอออไนซ์ เมื่ออะตอมได้รับการแตกตัวเป็นไอออนแล้ว ก็สามารถเร่งความเร็วได้ด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหรือไฟฟ้า นี่เป็นกระบวนการที่สามารถใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในการผลิตรังสีอนุภาค ในระหว่างกระบวนการนี้ โปรตอนที่มีประจุบวกจะถูกทิ้งไว้เบื้องหลัง และอาจเป็นอันตรายต่อเนื้อเยื่อที่มีชีวิต กระบวนการนี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติเช่นกัน แต่อยู่ในบรรยากาศสูงซึ่งไม่เป็นอันตรายต่อเนื้อเยื่อสัตว์ มนุษย์ และพืช