Conţinut
Trei modalități de a găsi masa protonică includ calculul din teorie, de la masa molară atomică și comparațiile de sarcină / masă cu electroni. Utilizarea teoriei pentru a afla ce „ar trebui să fie” masa protonică este realistă doar pentru experții din domeniu. Calculul sarcinii / masei și masei molare se poate face la nivel de liceu și gimnazial.
Derivați masa protonilor din teoriile cuantice și ale relativității. Protonii au structura internă - trei particule (quark) ținute împreună de forțe atractive (gluoni). Presupunerile naive ar da fiecărui quark o masă de protoni de 1/3. Aproximativ 95% până la 98% din masa protonului nu este contribuită de masa de quark. În adevăr, cea mai mare masă de protoni este derivată din energia de interacțiune dintre quark. Reamintim „E = mc ^ 2” în cazul în care există confuzie cu privire la expresia „masa este derivată din energie”.
Calculați știind masa molară de hidrogen. O aluniță este egală cu 6.022e23, la fel cum o duzină este egală cu 12 sau o pereche este egală cu două. Putem considera că un mol de atomi de hidrogen (nu molecule „H2”) cântărește 1.0079 g. Fiecare atom de hidrogen conține un proton, deci un mol de protoni cântărește 1.0079 g. Deoarece fiecare aluniță este egală cu 6.022e23 unități, știm că 6.022e23 protoni cântăresc 1.0079 grame. Împărțirea 1.0079 g după numărul mol (1.0079 / 6.022e23) dă o masă de protoni: 1.6737e-24 g.
Rețineți că atomii de hidrogen au un electron pentru a echilibra sarcina protonilor. Protonii fără electroni, fie dizolvați în soluție, fie ca plasmă, sunt foarte diferiți de atomii de hidrogen. Deoarece calculul nu se oprește aici, putem ignora absurditatea fizică în a pretinde că nu există electroni.
Rețineți că metoda de calcul „masă molară” se poate face cu orice element. Cu toate acestea, trei surse de eroare cresc. În primul rând, protonii din atomii de hidrogen nu sunt legați. În alte elemente, protonii sunt legați la neutroni. Protonii legați într-un nucleu au mai puțină energie - deci puțin mai puțin masă - decât protonii izolați. În al doilea rând, numărul de electroni și eroarea dacă le ignorăm, încep să se adauge. Contabilizarea electronilor face ca întreaga încercare să fie mai complicată. În cele din urmă, elementele mai grele sunt radioactive. Luați în considerare căile de descompunere, prezența izotopilor, timpul de înjumătățire, etc. Din nou, calculul este încă posibil, dar devine mai dificil decât trebuie.
Folosiți raporturi sarcină / masă. Această metodă măsoară curbura particulelor la intrarea în câmpuri electrice și magnetice calibrate. Mărimea de curbură ar indica masa protonică comparativ cu masa electronilor. Ideea experimentală este similară cu influențarea mișcării unei bile rulante. O forță mecanică constantă va devia un pepene verde (proton) de la deplasarea liniară într-o mică măsură. Aceeași forță va devia mult mai mult o minge de golf (electron).