Μάζα πρωτονίων – Μονάδες και Ιδιότητες
Μάζα πρωτονίων
Η μάζα του πρωτονίου είναι ίδια με τη μάζα ενός ατόμου υδρογόνου. Ένα ηλεκτρόνιο και ένα πρωτόνιο αποτελούν ένα άτομο υδρογόνου. Μπορεί να υποστηριχθεί ότι η μάζα ενός ατόμου υδρογόνου είναι ίση με τη μάζα ενός πρωτονίου επειδή η μάζα ενός ηλεκτρονίου θεωρείται ασήμαντη. Η μάζα ενός πρωτονίου είναι 1840 φορές μεγαλύτερη από αυτή ενός ηλεκτρονίου.
Εάν διασπάσετε τα σωματίδια που σχηματίζουν το ανθρώπινο σώμα σε μικρότερα κομμάτια, θα διαπιστώσετε ότι σε κάθε βήμα της διαδρομής, το σύνολο ισούται με το άθροισμα των επιμέρους μερών, ειδικά για τη μάζα. Εάν το σώμα σας διασπαστεί σε μεμονωμένα λίπη, οστά και όργανα, αυτά θα συνδυαστούν για να δώσουν ολόκληρο τον άνθρωπο. Εάν αυτά διασπαστούν περαιτέρω σε κύτταρα, αυτά τα κύτταρα θα εξακολουθήσουν να συνδυάζονται για να δώσουν την ίδια μάζα με εσάς. Τα κύτταρα μπορούν να διασπαστούν σε οργανίδια. Τα οργανίδια μπορούν να χωριστούν σε μεμονωμένα μόρια, τα οποία μπορούν περαιτέρω να διασπαστούν σε άτομα. Αυτά τα άτομα μπορούν περαιτέρω να χωριστούν σε πρωτόνια, ηλεκτρόνια και νετρόνια.
Ένα άτομο άνθρακα αποτελείται από έξι νετρόνια και έξι πρωτόνια, το οποίο είναι περίπου 0,8% ελαφρύτερο από τα μεμονωμένα σωματίδια που το δομούν. Η μέθοδος με την οποία σχηματίζεται ο άνθρακας είναι με πυρηνική σύντηξη υδρογόνου σε ήλιο και ήλιο σε άνθρακα. Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή τη διαδικασία τροφοδοτεί τους περισσότερους τύπους άστρων τόσο στην κόκκινη γίγαντα όσο και στην κανονική φάση τους. Αυτή η ενέργεια προήλθε στην πραγματικότητα από τη χαμένη μάζα, σύμφωνα με τον τύπο του Αϊνστάιν E =mc
Τι είναι ένα πρωτόνιο;
Εάν αναρωτιέστε τι είναι ένα πρωτόνιο, ο ορισμός του πρωτονίου είναι ότι είναι μια υποατομική οντότητα που έχει θετικό φορτίο ισοδύναμο σε μέγεθος με μονάδα φορτίου ηλεκτρονίου και μάζα ηρεμίας ίση με 1,67263 × 10 kg. Τα πρωτόνια, μαζί με τα νετρόνια, σχηματίζουν όλους τους ατομικούς πυρήνες εκτός από τους πυρήνες υδρογόνου που έχουν ένα μόνο πρωτόνιο. Ο ίδιος αριθμός πρωτονίων υπάρχει σε κάθε πυρήνα ενός δεδομένου στοιχείου και ορίζει τον ατομικό του αριθμό και τη θέση του στον περιοδικό πίνακα. Όταν ο αριθμός πρωτονίων σε έναν πυρήνα είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που περιστρέφονται γύρω από αυτόν, το άτομο υποτίθεται ότι είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.
Ανακάλυψη πρωτονίων
Η ανακάλυψη των πρωτονίων έγινε όταν οι πρώτες έρευνες για τις ατομικές δομές επέστρεψαν στην ιστορία. Κατά την παρατήρηση ροών ιονισμένων μορίων και ατόμων σε αέρια μορφή από τα οποία αφαιρέθηκαν τα ηλεκτρόνια, οι Wilhelm Wien και J.J. Ο Thomson αναγνώρισε ένα θετικό σωματίδιο με μάζα ίση με ένα άτομο υδρογόνου. Η εκτόξευση πυρήνων υδρογόνου από το άζωτο παρουσιάστηκε από τον Ernest Rutherford το 1919 σχετικά με τον βομβαρδισμό των σωματιδίων άλφα. Δέχτηκε το υδρογόνο ως στοιχειώδες σωματίδιο μέχρι το 1920 και το ονόμασε πρωτόνιο.
Η δομική κατανόηση της φύσης του πρωτονίου μέσα στην ομάδα των υποατομικών σωματιδίων βελτιώθηκε από μελέτες σωματιδιακής φυσικής στα τελευταία χρόνια του 20ού αιώνα. Αποδείχθηκε ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια. Ταξινομούνται ως βαρυόνια, τα οποία αναφέρονται σε σωματίδια που αποτελούνται από τρεις μονάδες στοιχειώδους ύλης που ονομάζονται κουάρκ.
Δίνονται υψηλές ταχύτητες σε επιταχυντές σωματιδίων σε πρωτόνια που σχηματίζονται από ιονισμένο υδρογόνο. Αυτά χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μελέτη και την παραγωγή πυρηνικών αντιδράσεων με τη μορφή βλημάτων. Οι πρωτογενείς κοσμικές ακτίνες περιέχουν κυρίως πρωτόνια. Αυτά είναι επίσης από τα κύρια προϊόντα ορισμένων τεχνητών πυρηνικών αντιδράσεων.
Ορισμός μάζας πρωτονίου
Η μάζα αυτού που είναι ένα πρωτόνιο είναι το άθροισμα των μαζών των δεσμευτικών του γκλουονίων και των τρεχόντων κουάρκ. Είναι ίσο με:
mp =1,672621898(21)×10
Η μάζα ενός πρωτονίου είναι μεγαλύτερη από αυτή ενός ηλεκτρονίου.
Μάζα πρωτονίων σε άλλες μονάδες
Η μάζα ενός πρωτονίου μπορεί να εκφραστεί με όρους διαφόρων άλλων μονάδων, όπως η μάζα του πρωτονίου σε kg, η μάζα πρωτονίου AMU και η μάζα πρωτονίων MeV. Ακολουθεί ένας πίνακας που δείχνει την τιμή της μάζας πρωτονίων με τις αντίστοιχες μονάδες της.
| Μάζα πρωτονίου | Τιμή |
| μάζα του πρωτονίου σε γραμμάρια | 1,672621898(21)×10 |
| Μάζα πρωτονίων MeV | 938,2720813(58) MeV/c |
| μάζα του πρωτονίου σε kg | 1,672621898(21)×10 |
| Μάζα πρωτονίου στην AMU | 1.007276466879(91) u |
Ανακάλυψη ενός πρωτονίου
Το 1886, ο Goldstein ανακάλυψε ότι ο λόγος φορτίου προς μάζα των θετικών σωματιδίων εξαρτάται από τον τύπο του αερίου που υπάρχει στον σωλήνα εκκένωσης. Αυτό δείχνει ότι ο λόγος φορτίου προς μάζα ποικίλλει στην περίπτωση διαφορετικών αερίων. Παρατήρησε επίσης ότι η υψηλότερη αναλογία θετικού φορτίου ακτίνων προς μάζα ήταν για το αέριο υδρογόνο που χρησιμοποιήθηκε στον σωλήνα εκκένωσης. Ο κύριος λόγος για αυτό είναι ότι τα άτομα υδρογόνου είναι τα ελαφρύτερα και έχουν τη μικρότερη μάζα. Επομένως, η αναλογία e/m είναι η υψηλότερη. Το σωματίδιο στον σωλήνα εκκένωσης με θετικές ακτίνες ονομάστηκε πρωτόνιο, το οποίο παράγεται όταν αφαιρείται ένα ηλεκτρόνιο από το άτομο υδρογόνου.
Άτομο υδρογόνου ή H → e– (ηλεκτρόνιο) + H+ (πρωτόνιο)
Επομένως, ένα πρωτόνιο είναι ένα ιόν υδρογόνου (H+).
Ιδιότητες των πρωτονίων
Το πρωτόνιο των σωματιδίων είναι θετικά φορτισμένο και έχει τις φυσικές ιδιότητες ως εξής:
Μάζα πρωτονίων: Η μάζα ενός πρωτονίου ισούται με αυτή του ατόμου υδρογόνου. Υπάρχει ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο υδρογόνου. Καθώς είναι γνωστό ότι ένα ηλεκτρόνιο έχει αμελητέα μάζα, μπορούμε να πούμε ότι η μάζα ενός ατόμου υδρογόνου ισούται με τη μάζα ενός πρωτονίου. Η μάζα του πρωτονίου είναι 1840 φορές τη μάζα ενός ηλεκτρονίου.
Μάζα πρωτονίων =1,676 × 10
=1,676 × 10
=1,6726219 × 10
Φόρτιση πρωτονίου: Το φορτίο πρωτονίου είναι ίσο και είναι αντίθετο με αυτό ενός ηλεκτρονίου. Επομένως, έχει θετικό φορτίο μονάδας. Το φορτίο σε ένα πρωτόνιο είναι ίσο με +1,602 × 10-19 κουλόμπ.
Χρέωση Πρωτονίου
Ένα πρωτόνιο έχει βασική μονάδα φορτίου +1 και χαρακτηρίζεται με το σύμβολο +e επειδή έχει το πρωτεύον θετικό φορτίο. Πρόσθετες τυπικές τιμές παρέχονται εδώ:
| Χρέωση | Μονάδα | Σύστημα |
| +e | ||
| 1,6022 x 10 -19 | Coulomb (C) | SI |
| 4,8032 x 10 -10 | Statcoulomb (statC) | cms |
Πού βρίσκονται τα πρωτόνια;
Τα άτομα έχουν πρωτόνια στον πυρήνα τους. Το μικρότερο άτομο είναι το υδρογόνο, το οποίο έχει ένα μόνο πρωτόνιο στον πυρήνα του. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια μπορούν να βρεθούν και τα δύο στον πυρήνα των βαρύτερων ατόμων. Ο ατομικός αριθμός Ζ ενός ατόμου καθορίζεται από το πόσα πρωτόνια έχει. Εφόσον το ήλιο έχει δύο πρωτόνια στον πυρήνα του, Z =2.
Πρόσθετα χαρακτηριστικά πρωτονίων
Ακτίνα φόρτισης
Η ακτίνα φορτίου του πρωτονίου είναι μια μέτρηση του πόσο μακριά r από το κέντρο ενός πυρήνα μπορεί να «αισθητοποιηθεί» το φορτίο ενός πρωτονίου. Ως αποτέλεσμα, συνδέεται ουσιαστικά με το μέγεθος του πυρήνα. Για την εμπειρική μέτρησή του χρησιμοποιούνται δύο τεχνικές:
- Σκέδαση ηλεκτρονίων
- Φασματοσκοπικές αναλύσεις
Το ηλεκτρόνιο υδρογόνου αντικαταστάθηκε από ένα μιόνιο, το οποίο είναι πανομοιότυπο με ένα ηλεκτρόνιο αλλά πολύ βαρύτερο, σε πρόσφατες φασματοσκοπικές μετρήσεις της ακτίνας ενός πρωτονίου. Υποτέθηκε ότι απαιτούνταν είτε νέα φυσική είτε πιο ακριβείς μετρήσεις επειδή υπήρχε αναντιστοιχία μεταξύ του πειράματος του μιονίου και της αποδεκτής τιμής. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην ακρίβεια μέτρησης απέδωσαν την επί του παρόντος αποδεκτή τιμή της ακτίνας φόρτισης του πρωτονίου:
Πώς υπολογίζεται η μάζα ενός πρωτονίου;
Η μάζα ενός πρωτονίου μπορεί να υπολογιστεί με τρεις τρόπους, όλοι εκ των οποίων χρησιμοποιούν διαφορετικές προσεγγίσεις για τον προσδιορισμό της ατομικής μάζας ενός σωματιδίου. Ακολουθούν οι τρεις μέθοδοι:
Υπολογισμός από τη θεωρία: Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει την εξαγωγή της μάζας ενός πρωτονίου χρησιμοποιώντας τη σχετικότητα και την κβαντική θεωρία. Η εσωτερική δομή των πρωτονίων έχει τρία κουάρκ ή δυνάμεις που συγκρατούνται μεταξύ τους από γκλουόνια ή δυνάμεις έλξης. Σύμφωνα με απλούς κανόνες, σε κάθε κουάρκ δόθηκε περίπου το ⅓ της μάζας του πρωτονίου. Στην πραγματικότητα όμως το 95-98% της μάζας ενός πρωτο
Το n δεν αποτελεί τη μάζα κουάρκ. Αντίθετα, το μεγαλύτερο μέρος της μάζας πρωτονίων προέρχεται από την ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ των κουάρκ. Αυτή η φράση μπορεί να γίνει καλύτερα κατανοητή με την ανάκληση E =mc
Με τη μοριακή μάζα ενός ατόμου: Ένα mole ατόμου υδρογόνου είναι ίσο με 6,022e. Φανταστείτε το σαν μέτρο, όπως ένα ζευγάρι ίσον δύο και μια ντουζίνα ίσον δώδεκα. Ένα mole του ατόμου στο δεδομένο άτομο υδρογόνου ζυγίζει 1,0079, ενώ κάθε mole των πρωτονίων του ζυγίζει 1,0079 g.
Επιπλέον, γνωρίζουμε ότι το βάρος ενός πρωτονίου είναι ίσο με 1,0079 g και ένα mole είναι ίσο με 6,022 e. Αν διαιρέσουμε το βάρος του πρωτονίου με τον αριθμό mole, δηλαδή (1,0079/ 6,022e), παίρνουμε το πρωτόνιο μάζα 1,6737e g.
Σημείωση: Το φορτίο πρωτονίου σε ένα άτομο εξισορροπείται από ένα ηλεκτρόνιο. Επίσης, αυτό το πείραμα μπορεί να πραγματοποιηθεί με οποιοδήποτε από τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα.
Σύγκριση φορτίου/μάζας με ηλεκτρόνιο: Με αυτή τη μέθοδο, η κάμψη ενός ατόμου μετράται όταν εισέρχεται στα τυποποιημένα ηλεκτρικά ή μαγνητικά πεδία. Επιπλέον, το μέγεθος της κάμψης δείχνει τη μάζα του πρωτονίου συγκρίνοντάς την με τη μάζα του ηλεκτρονίου.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η έννοια ενός πειράματος είναι ίδια με την επαγωγή κίνησης σε μια κινούμενη μπάλα. Επιπλέον, μια σταθερή μηχανική δύναμη θα οδηγήσει σε εκτροπή του ορισμού ενός βαρέως πρωτονίου από μια ευθεία κίνηση σε μικρό βαθμό σε κάθε περίπτωση. Από την άλλη πλευρά, μια μικρή μπάλα ηλεκτρονίων εκτρέπεται ακόμη περισσότερο.
Λυμένη ερώτηση σχετικά με τη μάζα πρωτονίων
Ερώτηση. Ποια είναι η μάζα του ατόμου ενός πρωτονίου;
- 1,674929 x 10
- 1,660540 x 10
- 9,109390 x 10
- 1,672623 x 10
Απάντηση. Εδώ η σωστή επιλογή είναι η Γ. Επειδή οι επιλογές Δ και Β είναι η ατομική μάζα ενός ηλεκτρονίου και νετρονίου, αντίστοιχα, και η πρώτη επιλογή (Α) είναι η ατομική μάζα μιας μονάδας ατόμου.
Συμπέρασμα
Ελπίζουμε ότι η παραπάνω συζήτηση βοήθησε να ξεκαθαρίσουν τις περισσότερες από τις αμφιβολίες σας σχετικά με το θέμα της Μάζας Πρωτονίων και να διευρύνει τις θεμελιώδεις γνώσεις σας για την έννοια. Μπορείτε να λύσετε αριθμητικά προβλήματα σε αυτό το θέμα για να αυξήσετε περαιτέρω τον τομέα των γνώσεών σας σε αυτό το θέμα.
Συχνές Ερωτήσεις (Συχνές Ερωτήσεις)
1. Έχουν μάζα τα ηλεκτρόνια;
Ένα ηλεκτρόνιο πιστεύεται ότι είναι χωρίς μάζα αν το συγκρίνουμε με τις μάζες των πρωτονίων και των νετρονίων. Η μάζα του είναι σχεδόν αμελητέα. Επίσης, δεν λαμβάνουμε υπόψη τη μάζα ενός ηλεκτρονίου κατά τον υπολογισμό του μαζικού αριθμού ενός ατόμου.
2.Πώς μοιάζει το εσωτερικό ενός πρωτονίου;
Κάθε ατομικός πυρήνας έχει ένα πρωτόνιο που περιλαμβάνει τρία κουάρκ που συγκρατούνται μεταξύ τους από γκλουόνια.
3.Τι είναι τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια;
Κάθε άτομο έχει τρία μικρά μέρη - ηλεκτρόνια, νετρόνια και πρωτόνια. Τα νετρόνια και τα πρωτόνια βρίσκονται στον πυρήνα στο κέντρο του ατόμου, το οποίο έχει ηλεκτρόνια γύρω του. Τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα σωματίδια, ενώ τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά φορτισμένα.
