Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Sådan beregnes massen af ​​en Proton

Tre måder at finde protonmasse på omfatter beregning fra teori, fra atommasse og ladning /masse sammenligninger med elektroner. Ved at bruge teori for at finde ud af, hvilken protonmasse "skal være", er det kun realistisk for eksperter på området. Charge /masse og molar masse beregninger kan gøres på bachelor- og gymnasieniveau.

Afled protonmasse fra kvant- og relativitetsteorier. Protoner har indre struktur-tre partikler (kvarker) holdt sammen af ​​attraktive kræfter (gluoner). Naive antagelser ville give hver kvark 1/3 proton masse. Omkring 95 procent til 98 procent af protonmassen bidrager ikke med kvarkmasse. I virkeligheden er størstedelen af ​​protonmassen afledt af vekselvirkning mellem kvarkerne. Recall "E = mc ^ 2", hvis der er forvirring om udtrykket "masse er afledt af energi."

Beregn knowing molar hydrogen mass. En mol er 6,022e23, ligesom et dusin er lig med 12 eller et par er lig med to. Vi kan tage det som en given, at en mol hydrogenatomer (ikke "H2" molekyler) vejer 1,0079 g. Hvert hydrogenatom indeholder en proton, så en mol protoner vejer 1,0079 g. Da hver mol er lig med 6,022e23 enheder, ved vi, at 6,022e23 protoner vejer 1,0079 gram. Opdeling 1.0079 g ved mol nummer (1.0079 /6.022e23) giver protonmasse: 1,6737e-24g.

Bemærk, at hydrogenatomer har en elektron til at afbalancere protonladning. Protoner uden elektroner, enten som opløst i opløsning eller som plasma, er meget forskellige fra hydrogenatomer. Da beregningen ikke stopper der, kan vi ignorere den fysiske absurditet i at foregive elektroner ikke findes.

Husk at beregningsmetoden "molar masse" kan gøres med ethvert element. Men tre kilder til fejl kryber op. For det første er protoner i hydrogenatomer ikke bundet. I andre elementer binder protoner til neutroner. Protoner bundet i en kerne har mindre energi - derfor lidt mindre masse end isolerede protoner. For det andet, elektronnummer og fejlen, hvis de ignoreres, begynder at tilføje op. Regnskab for elektroner gør hele bestræbelsen mere kompliceret. Endelig er tungere elementer radioaktive. Overvej nedfaldspor, isotoptilstedeværelse, halveringstid osv. Igen er beregningen stadig mulig, men det bliver vanskeligere end det skal være.

Brug ladning /masseforhold. Denne metode måler partikelkrumning ved indgang i kalibrerede elektriske og magnetiske felter. Krumningsstørrelse vil indikere protonmasse sammenlignet med elektronmasse. Den eksperimentelle idé svarer til at påvirke bevægelsen af ​​en rullende bold. En konstant mekanisk kraft vil i mindre grad aflede en tung vandmelon (proton) fra retlinjetransport. Den samme kraft vil aflede en let golfbold (elektron) meget mere.

Tip

Massemetoden ignorerer elektronmasse. Elektroner er ca. 1/1837 så massive som protoner, og der er kun én elektron pr. Hydrogenatom. Videnskabelig betegnelse som "1.6737e-24" er praktisk til meget store eller meget små tal. I decimal notation vejer en proton 0,0000000000000000000000016737 g.