Protonmasse og ladning:nøglefakta til forståelse af atomstruktur

Af Debra Durkee | Opdateret 24. marts 2022

Masse

Massen af en enkelt proton er nøjagtigt 1,672621636×10 ^-27  kg, en værdi kendt af ni betydende cifre. I et atoms kerne er den samlede masse af protoner nogenlunde lig med den masse, som neutroner bidrager med. Da over 99% af et atoms masse befinder sig i dets kerne, kommer næsten halvdelen af ​​atomets masse fra protoner alene. Til sammenhæng er en proton omkring 1.860 gange tungere end en elektron.

Opladning

Protoner bærer en positiv elementær ladning på +1e, den grundlæggende enhed for elektrisk ladning. Dette er nøjagtigt modsat den negative ladning af en elektron. Protonens ladning er en konstant; det ændrer sig ikke med temperatur, tryk eller tid. Neutroner er derimod elektrisk neutrale.

Måling af ladning

Forskere bestemmer protonens ladning gennem flere præcisionsmetoder. Josephson og vonKlitzing konstanterne forbinder spænding og magnetfelt til fundamentale ladningsenheder. Faraday-metoden måler ladningen, der overføres af en elektrisk strøm; historisk set involverede dette at analysere sølvaflejringer efter kontrollerede elektrokemiske reaktioner. Selvom Faraday-konstanten stort set er blevet erstattet af coulomb i moderne enheder, er den stadig en fast bestanddel i elektrokemi.

Betydning

Protonens positive ladning er central for atomernes stabilitet. I brint, det eneste atom med en enkelt proton og ingen neutroner, definerer protonens ladning hydrogenionen (H ⁺ ). Balancen mellem protoner og elektroner bestemmer, om et atom er neutralt eller ioniseret, hvilket påvirker dets kemiske adfærd og interaktioner med elektriske eller magnetiske felter.

Overvejelser

Ionisering - fjernelse af elektroner - gør atomer ustabile og ladede. I miljøer som atomreaktorer eller partikelacceleratorer kan ioniserede atomer (og de resulterende frie protoner) udgøre strålingsfarer. Men i den øvre atmosfære er naturlig ionisering typisk harmløs for biologiske systemer.