Μάζα πρωτονίων – Ορισμός, Τιμές σε Kg και amu

Τα πρωτόνια ορίζονται ως τα θετικά φορτισμένα σωματίδια που υπάρχουν στον πυρήνα ενός ατόμου. Ένα άτομο περιλαμβάνει ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια. Ολόκληρη η μάζα του είναι συγκεντρωμένη στον πυρήνα που βρίσκεται στο κέντρο του. Το συλλογικό όνομα για τα πρωτόνια και τα νετρόνια που υπάρχουν σε έναν πυρήνα είναι νουκλεόνια. Τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα σε μια κυκλική διαδρομή.

Τι είναι η μάζα του πρωτονίου;

Η σχετική μάζα ενός πρωτονίου είναι περίπου ίση με 1,6725 × 10 kg. Ενώ τα πρωτόνια φέρουν θετικό φορτίο, τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο. Τα νετρόνια είναι χωρίς φορτίο. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων σε ένα άτομο είναι ίσος. Επομένως, είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.

Ανακάλυψη ενός πρωτονίου

Το 1886, ο Goldstein ανακάλυψε ότι η αναλογία φορτίου προς μάζα των θετικών σωματιδίων εξαρτάται από τη φύση του αερίου που υπάρχει στον σωλήνα εκκένωσης. Αυτό δείχνει ότι η αναλογία φορτίου προς μάζα για διαφορετικά αέρια ήταν διαφορετική.

Παρατηρήθηκε ότι ο λόγος φορτίου προς μάζα των θετικά φορτισμένων ακτίνων ήταν υψηλότερος για το αέριο υδρογόνο που χρησιμοποιήθηκε στον σωλήνα εκκένωσης. Ο κύριος λόγος για αυτό είναι ότι το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο άτομο, επομένως η μάζα του θα είναι η μικρότερη και η αναλογία e/m είναι η υψηλότερη.

Το όνομα που δόθηκε στις θετικά φορτισμένες ακτίνες στον σωλήνα εκκένωσης ήταν πρωτόνιο, το οποίο μπορεί να δημιουργηθεί όταν ένα ηλεκτρόνιο αφαιρεθεί από το άτομο υδρογόνου.

H (άτομο υδρογόνου) → H+ (πρωτόνιο) + e– (ηλεκτρόνιο)

Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι ένα πρωτόνιο είναι ένα ιόν υδρογόνου (H+).

Ιδιότητες των πρωτονίων

Το πρωτόνιο είναι θετικά φορτισμένο με τις ακόλουθες φυσικές ιδιότητες:

Μάζα πρωτονίου: Η σχετική μάζα του πρωτονίου ισούται με τη μάζα ενός ατόμου υδρογόνου. Υπάρχει ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο υδρογόνου. Καθώς η μάζα ενός ηλεκτρονίου θεωρείται αμελητέα, μπορεί να ειπωθεί ότι η μάζα ενός ατόμου υδρογόνου ισούται με αυτή ενός πρωτονίου. Η μάζα του πρωτονίου θεωρείται 1841 φορές η μάζα του ηλεκτρονίου.

Μάζα ενός πρωτονίου =1,676 × 10 kg =1,676 × 10 g =1,6726219 × 10 kg

Το φορτίο πρωτονίου είναι ίσο και αντίθετο με αυτό ενός ηλεκτρονίου. Επομένως, έχει θετικό φορτίο μονάδας.

Φόρτιση πρωτονίου =+ 1.601 × 10 κουλόμπ

Τι είναι τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια;

Τα άτομα περιλαμβάνουν μικρά σωματίδια γνωστά ως πρωτόνια, ηλεκτρόνια και νετρόνια. Ο πυρήνας περιέχει νετρόνια και πρωτόνια στο κέντρο του ατόμου. Τα ηλεκτρόνια το περιβάλλουν. Ενώ τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα, τα ηλεκτρόνια φέρουν αρνητικό φορτίο.

Το πρωτόνιο είναι ένα σταθερό υποατομικό θετικά φορτισμένο σωματίδιο με φορτίο ίσο με αυτό ενός φορτίου μονάδας ηλεκτρονίου. Έχει μάζα ηρεμίας 1,67262 × 10 kg, που είναι 1.835 η μάζα των ηλεκτρονίων.

Οι πυρήνες όλων των ατόμων αποτελούνται από ηλεκτρικά ουδέτερα νετρόνια και πρωτόνια, εκτός από τον πυρήνα του υδρογόνου, ο οποίος περιέχει μόνο ένα πρωτόνιο. Ο πυρήνας κάθε χημικού στοιχείου έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων. Ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου ορίζεται από αυτόν τον αριθμό και καθορίζει επίσης τη θέση του στον περιοδικό πίνακα. Όταν ο αριθμός των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα είναι ίσος, το άτομο θεωρείται ηλεκτρικά ουδέτερο.

Η ανακάλυψη του Proton χρονολογείται από την εποχή που γίνονταν οι πρώτες έρευνες για την ατομική δομή. Ενώ μελετούσαν ιονισμένα αέρια μόρια και άτομα που είχαν υποστεί απογύμνωση ηλεκτρονίων, οι JJ Thomson και Wilhelm Wien εντόπισαν ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο του οποίου η μάζα είναι ίση με αυτή του ατόμου υδρογόνου. Ο Ernest Rutherford, 1919 έδειξε ότι κάτω από βομβαρδισμό με σωματίδια άλφα, το άζωτο εκτοξεύει αυτό που φαίνεται να είναι πυρήνες υδρογόνου. Μέχρι το 1920, ο πυρήνας του υδρογόνου έγινε αποδεκτός ως στοιχειώδες σωματίδιο και ονομάστηκε πρωτόνιο.

Στα τέλη του 20ου αιώνα, οι μελέτες φυσικής σωματιδίων υψηλής ενέργειας αναθεώρησαν τη δομική κατανόηση της φύσης του πρωτονίου μέσα στην ομάδα των υποατομικών σωματιδίων. Έχει αποκαλυφθεί ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια και ονομάζονται βαρυόνια, τα οποία είναι σωματίδια που αποτελούνται από τρία στοιχειώδη σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ.

Οι υψηλές ταχύτητες δίνονται από πρωτόνια από ιονισμένο υδρογόνο σε επιταχυντές σωματιδίων και χρησιμοποιούνται συνήθως ως βλήματα για την παραγωγή πυρηνικών αντιδράσεων και τη μελέτη τους. Τα κύρια συστατικά των πρωτογενών κοσμικών ακτίνων είναι τα πρωτόνια. Είναι επίσης μεταξύ των προϊόντων ορισμένων μορφών τεχνητών πυρηνικών αντιδράσεων.

Μάζα πρωτονίου

Μάζα πρωτονίου είναι ο συνδυασμός της συνολικής μάζας των σημερινών κουάρκ και των γκλουονίων που τα δεσμεύουν. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια και ταξινομούνται ως βαρυόνια. Η ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των υποατομικών σωματιδίων οφείλεται στην ανταλλαγή γκλουονίων, τα οποία είναι τα σωματίδια χωρίς μάζα που δρουν μεταξύ των κουάρκ.

Η μάζα ενός πρωτονίου είναι ίση με 1,672621898(21)×10 Kg

Μάζα πρωτονίου σε άλλες μονάδες

Η σχετική μάζα πρωτονίου μπορεί να οριστεί σε πολλές διαφορετικές μονάδες όπως η μάζα του πρωτονίου σε kg, η μάζα του πρωτονίου σε amu και η μάζα πρωτονίου σε MeV.

Ακολουθούν η μάζα του πρωτονίου σε διαφορετικές μονάδες:

ΜΑΖΑ ΠΡΩΤΟΝΙΟΥ	ΜΟΝΑΔΑ	Σύμβολο
1.672621898(21)×10−27	κιλά	kg
1.672621898(21)×10−24	γραμμάρια	g
1.007276466879(91)	μονάδες ατομικής μάζας	u
938.2720813(58)	MeV	Mev/c2

Υπολογισμός μάζας πρωτονίων

Το 1886, ο Goldstein παρατήρησε στο πείραμά του ότι η αναλογία φορτίου:μάζας των θετικά φορτισμένων σωματιδίων εξαρτάται από τη φύση του αερίου που υπάρχει στον σωλήνα εκκένωσης. Αυτό σημαίνει ότι η αναλογία φορτίου προς μάζα για διαφορετικά αέρια ποικίλλει. Έκανε μια παρατήρηση ότι ο λόγος φορτίου:μάζας των θετικά φορτισμένων ακτίνων ήταν υψηλότερος για το αέριο υδρογόνο που χρησιμοποιήθηκε στον σωλήνα εκκένωσης. Αυτό οφειλόταν κυρίως στον λόγο ότι το άτομο υδρογόνου έχει το χαμηλότερο βάρος, άρα το m του θα είναι το λιγότερο. Επομένως, η αναλογία e/m εδώ θα είναι η υψηλότερη. Αργότερα, αυτές οι θετικά φορτισμένες ακτίνες στον σωλήνα εκκένωσης ονομάστηκαν πρωτόνια. Μπορεί επίσης να ειπωθεί ότι μπορούμε να παράγουμε ένα πρωτόνιο εάν ένα ηλεκτρόνιο αφαιρεθεί από ένα άτομο υδρογόνου ή ένα πρωτόνιο είναι ένα ιόν υδρογόνου.

Η ατομική μάζα 1 πρωτονίου μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τις τρεις μεθόδους που δίνονται παρακάτω:

Υπολογισμός από τη θεωρία
Μέθοδος ατομικής μάζας
Συγκρίσεις φορτίου/μάζας με ηλεκτρόνιο

1. Υπολογισμός από τη Θεωρία: Ο Αϊνστάιν έδωσε τη θεωρία της σχετικότητας τον 20ο αιώνα, η οποία εξήγησε όμορφα την έννοια ότι η ενέργεια και η μάζα είναι εναλλάξιμα. Αυτό σημαίνει ότι η μάζα μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια και το αντίστροφο. Η μάζα 1 πρωτονίου σε amu μπορεί να προέλθει από τη θεωρία που αναφέρθηκε παραπάνω σε αυτή τη μέθοδο.

Η εσωτερική δομή των πρωτονίων αποτελείται από τρία κουάρκ που συγκρατούνται μεταξύ τους από δυνάμεις έλξης που ονομάζονται γκλουόνια. Σύμφωνα με τους απλούς κανόνες, σε κάθε κουάρκ θα δοθεί μάζα ⅓ ενός πρωτονίου σε amu. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, το 95-98% της μάζας πρωτονίων δεν συνεισφέρει η μάζα του κουάρκ. Από την άλλη πλευρά, η μάζα των πρωτονίων προέρχεται ως επί το πλείστον από την ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ των δυνάμεων κουάρκ με τη βοήθεια της θεωρίας εναλλάξιμων ενέργειας και μάζας ή E=mc.

2. Με μέθοδο ατομικής μοριακής μάζας: Ένα mole ενός ατόμου υδρογόνου έχει βάρος περίπου 1,0079 g. Επομένως, το βάρος κάθε mole πρωτονίου σε ένα άτομο υδρογόνου είναι περίπου 1,0079 g.

Καθώς ένα mole υδρογόνου είναι ίσο με 6,022 * 10 σωματίδια και το βάρος ενός πρωτονίου είναι ίσο με 1,0079 g, μπορούμε να διαιρέσουμε τη μάζα του πρωτονίου με τον μοριακό αριθμό και να πάρουμε (1,0079 /6,022×10). Επομένως, η μάζα ενός πρωτονίου είναι ίση με 1,6737×10 g.

Σημειώστε ότι ένα άτομο έχει ένα ηλεκτρόνιο για να εξισορροπήσει το φορτίο ενός πρωτονίου. Αυτό το πείραμα μπορεί να εκτελεστεί με ένα άτομο του περιοδικού πίνακα.

3. Συγκρίσεις μάζας με ηλεκτρόνιο: Η κάμψη του ατόμου σε αυτή τη μέθοδο προσδιορίζεται ποσοτικά κατά την είσοδο στο τυποποιημένο μαγνητικό πεδίο ή στο ηλεκτρικό πεδίο. Το μέγεθος κάμψης δείχνει επίσης τη μάζα του πρωτονίου πραγματοποιώντας τις συγκρίσεις του με τη μάζα των ηλεκτρονίων. Η κύρια ιδέα ενός πειράματος είναι η ίδια με το να προκαλείται η κίνηση μιας κυλιόμενης μπάλας όπου ένα βαρύ πρωτόνιο θα εκτρέπεται πάντα από μια σταθερή δύναμη σε μικρό βαθμό από μια κίνηση ευθείας γραμμής. Αυτή η εκτροπή είναι ακόμη μεγαλύτερη στα ηλεκτρόνια.

Συμπέρασμα

Καθώς τα πρωτόνια είναι ζωτικά υποατομικά σωματίδια, η γνώση των ιδιοτήτων τους είναι πολύ σημαντική από την άποψη της Χημείας. Ελπίζουμε ότι αυτό το άρθρο βοήθησε να ξεκαθαρίσετε ορισμένες από τις παρερμηνείες σας σχετικά με το θέμα και να εξοικειωθείτε με μερικά ακόμη γεγονότα που αγνοούσατε.

Συχνές ερωτήσεις

Ε) Έχουν μάζα τα ηλεκτρόνια;

Α) Όταν συγκρίνουμε ένα ηλεκτρόνιο με μία μάζα πρωτονίου νετρονίων, θεωρείται χωρίς μάζα. Επίσης, η μάζα ηλεκτρονίων αγνοείται όταν υπολογίζουμε τον μαζικό αριθμό ενός ατόμου.

Ε) Πώς μοιάζει το εσωτερικό ενός πρωτονίου;

Α) Το πρωτόνιο είναι ένα σημαντικό μέρος του πυρήνα ενός ατόμου. Περιλαμβάνει τρία κουάρκ που συνδέονται με γκλουόνια.

Ε) Ποιο ήταν το άτομο που ανακάλυψε πρωτόνια;

Α) Ο Ράδερφορντ ανακάλυψε πρωτόνια στο πείραμά του που ονομάζεται φύλλο χρυσού το 1909.

Ε) Πόσα πρωτόνια θα ζυγίζουν 1 κιλό;

Α) 103 moles πρωτονίων

Ε) Ποια είναι η μάζα του πρωτονίου σε γραμμάρια (g);

Α) 1,672621898(21)×10−24 g είναι η μάζα ενός πρωτονίου σε γραμμάρια